TW201225491A - Systems and methods for fluid cooling of electric machines - Google Patents

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201225491 » 六、發明說明： 本申請案主張2010年8月25日申請之案號12/868,712及 2010年12月1日申請之案號12/958,321(其係2010年8月25曰 申請之案號12/868,712之部分接續申請案）之優先權，該等 案之全文以引用方式併入本文中。 【先前技術】 電機機械材料由於内部組件之過熱具有功率限制。在習 知系統中’通常經由外部冷卻來冷卻電機機械。舉例而 言，散熱片可設置在一電機機械之外表面上以有助於冷 卻。在一些實例中，流體可流過一電機機械之一外部機殼 或該機械之一外表面。例如，參見美國專利案號 7,55〇,882 ;美_專利f號5,939,8〇8 ;美目專利案號 5,670,838 ;及美國專利案號4,700,092，該等案之全文以引 用方式併入本文中。在一些例子中，流體可設置在一電機 機械内以有助於冷卻，但可包含在該機械内。例如，參見 美國專利案號4,644,202;及美國專利案號7,352,〇9〇 ,該等 案之全文以引用方式併入本文中。 利用内部組件之改良的冷卻及泐、、典 刮及潤滑，相比於傳統機械設 計，可能設計在一更小且更輕封步中& 千和我甲產生向功率之一電機 機械。該改良的冷卻及潤滑有利於增加該機械之摔作電流 f速度’其可直接轉變錢高扭矩、較高㈣及相應地較 南功率密度。 囚此，存在對於 ，一υ /入"成 < 一 3 其可利用可在内部流過一電機嫱林 电俄機械之流體用於冷名 158267.doc 201225491 滑》 【發明内容】 本發明提供利用一增強流體注入系統冷卻及潤滑高功率 也、度電機機械之系統及方法。本文描述的本發明之各種賤 樣可應用於下文闞述的特定應用之任一者或用於其他類型 的電機機械。本發明可用作為一獨立系統或方法或作為一 整合系統（諸如一載具）之部分。應瞭解，本發明之不同態 樣可單獨地、集合地或彼此組合來理解。 本發明之一態樣可係關於一種電機機械，其包括：一轉 子，其固定於一可旋轉轴且由或多個軸承支撐；一定 子，其相對於該可旋轉轉子及可旋轉軸為固定，該轉子與 該定子之間具有一間隙；一外殼’其包圍該機械之全部或 部分；及一流體分配歧管，其具有至少一入口及通向與至 少一出口流體連通之該機械内之複數個流體流動通道之複 數個分配開Π。在-些實施例中，該複數個流體流動通道 可包含該定子與該外殼之間之-^子流體流動路徑、朝向 該轉子及定子沿該可旋轉軸之-轉子流體流動路徑及接觸 至少一轴承之一轴承流體流動路徑。一定子流體流動路徑 可包括可允許一流體直接接觸該定子之—外表面之一或.多 個流體流動通道 或夕個凹槽或其他表面特徵件可形成 該定子之-外表面與該外殼之—内表面之間之通道。在一 些實施例中或多個流體流動通道可與—集氣箱流體連 通，該集氣箱與至少一出口流體連诵。兮准〆Μ 史迷忒集氣箱可經組態 使得離開該等流體流動通道之流體在福π#山 ®隹逋過該出口離開該電 158267.doc -5- 201225491 機機械之前可收集在該 氣相可作用為·_熱交換 體之一機會。 集氣箱内。在—些實施例申，該集 器’藉此提供冷卻該集氣箱内之流

本發明之另一態樣可接M 俅了扣供一種電機機械，其包括：一轉 子’其固定於一可旋轉軸且由一或多個軸承支撐；一定 1其㈣於料輯轉子及可旋轉Μ岐，該轉子與 -亥疋子之間具有-間隙；及通向—流體注人器喷嘴之至少 -=體流動通道，其可引導流體沿該可旋轉軸朝向該轉子 及疋子。在一些實施例中，該流體注入器喷嘴及，或該可 旋轉軸可包含可併人有助於該流體之流動及分配之離心栗 之特徵件。該電機機械亦可包含通向—接面之—流體流動 通道，其中該流體流動通道可分岔以接觸一軸承且亦接觸 該轉子。此外，該電機機械可包含該軸承與通向該轉子之 流體：動路徑之間之—計量器件，其中該計量器件經組態 以判疋机至该軸承之流體及流至該轉子之流體之相對量。 在些實施例中，可移除、取代及/或調整該計量器件， 使得忒機械在不具有一計量器件之情況下可操作，可用不 同組態之不同計量器件取代該計量器件，或可調整該計量 器件’藉此改變流至該軸承之流體及流至該轉子之流體之 相對量。或者，在其他實施例中，該流體流動路徑在該軸 承與該轉子之間可不分岔，取而代之的是，首先可引導該 流體接觸該軸承、流過該軸承’隨後流動以接觸該轉子。 根據本發明之另一態樣可提供一種用於冷卻一電機機械 之方法。該方法可包含：提供固定於一可旋轉軸之一轉 158267.doc 201225491 子；提供相對於該可旋轉轉子及可旋轉軸為固定之—定 子，該轉子與該定子之間具有一間隙；及提供包圍該機械 之全部或部分之一外殼。該方法亦包含引導一流體流過該 定子與該外殼之間之一或多個通道，其可提供該定子及該 轉子與該流體直接接觸且將熱自該定子及該轉子轉移至該 流體之機會，藉此冷卻該定子及該轉子。 本發明之一額外態樣可係關於一種用於冷卻一電機機械 之系統。該系統可包含與一泵流體連通之一電機機械及與 該電機機械及該泵流體連通之一熱交換器。該電機機械可 具有：一流體密封機殼，其具有至少一入口及至少一出 口；一或多個流體流動通道，其等與一入口及一出口流體 連通；及一壓力均衡器件，其可維持該機械内之壓力在— 預定範圍内。在一些實施例中，該機械亦可包含用以判定

可旋轉軸之接觸密封劑’其可抵消由可存在於電機機械中 之同極通量路徑產生的循環電流之負效應。 一步瞭解並理解本發明之

做出多種改變及修改。 之範圍内 結合以下描述及隨附圖式將進— 其他目標及優點。雖然以下描述可 實施例之特定細節，但此不庙龃踩 158267.doc 201225491 併入引用參考 此說明書中提到的所有公開案、專利及專利申請案均以 全文引用的方式併入’其引用程度就如同將每一個別公開 案、專利或專利申請案特定且個別地以全文引用的方式併 入。 【實施方式】 隨附申請專利範圍中特定闡述本發明之新穎特徵。參考 闡述利用本發明之原理之說明性實施例之以下詳細描述及 隨附圖式將獲得本發明之特徵及優點之一更好理解。 雖然本文已展示且描述本發明之較佳實施例，但熟習此 項技術者應瞭解此等實施例僅係以實例的方式提供。在不 背離本發明之情況下熟習此項技術者將想起數種變化型 式、改變及替代。應瞭解在實踐本發明中可使用本文描述 的對本發明之實施例之各種更改。 I.流逋注入系統說明 圖1展不根據本發明之一實施例之一電機機械。在本發 明之一些實施例中，該電機機械可係一電動機，諸如一三 相AC感應電動機。或者，該電機機械可係任何種類的電 動機、發電機或可需要一些電連接及機械連接形式之任何 種類的機械。 該電機機械亦可係可流體冷卻或在其内部可具有任何種 類流體之任何機械。在—些實施例中，該機械可具有用於 冷卻及/或潤滑之流體。該電機機械内之該流體可係流動 的或可係實質上靜止的。在一些實施例中，該電機機械内 158267.doc 201225491 之亥"’L體可循環流過该電機機械且可來自該電機機械外部

之-源。在-些實施例中，該機械可係流體密封或部分淀 體密封。 I 該電機機械可用在U中。舉例而言，該電機機械可 用在-載具中，諸如一汽車、摩托車#、貨車、公共 汽車或其他類型的載客、商業或工業載具；火車或其他類 ^的鐵路載具；船隻、飛機或任何其他類型的載具；或任 何其他類型㈣業或卫業機械或設備。併人根據本發明之 實施例之該流體注入系統之該電機機械可特定用於圍 阻、文控或嚴酷環境下之應用，纟中該機械之外部或内部 之局部冷卻不可能，及/或可需要一密封機械機殼。 該電機機械可以高電流位準及高旋#速度進行操作且可 t*相同大小及重1之習知電動機更高的功率。該流體 注入系統可㈣允許直接冷卻”脑以及潤滑高速度轴 承而使此功率密度成為可能。 圖丨A展示根據本發明之一實施例之具有流體流動之一電 機機械之-概要示意圖。來自—外部源之—流體可進入一 電機機械。該流體可經由-或多個入口進入該機械。來自 該電機機械之流體可離開該電機機械。該流體可經由一或 多個出口離開該機械。在-些實施例中，該流體可自一流 體源提供且可離開該機械，使得不斷使用新流體來補充該 電機機械内之該流體。在其他實施例中，流體可循環，使 得離開該電機機械之該流體之至少—些或全部循環進入相 同電機機械。因此’ 一流體注入系統可應用於該電機機 158267.doc 201225491 械0 在一些實施例令，新流髅可 > 祈L體可繼續進入該電機機械及/或 售流體可繼續離開兮·常 開这電機機械。在其他實施例中，該流體 可間歇或分批供應至該電撫嫵 €機機械中使得可增加新流體及/ 或移除舊流體，接著一段時間之後，可增加更多新流體 及/或移除舊流體。新流體可以與舊流體移除的速率實質 上相同的速率增加，咨可η χ η α μ , ^』以不同且變化的速率增加新流體 及：或移除舊流體。可分別以期望速率增加新流體及/或移 除舊流體以提供冷卻及/或潤滑之一期望度。在一些例子 中’可期望增加流體流動之速率以增加該電機機械之冷卻 及/或潤滑’或期望降低流體流動之速率以降低該電機機 械之冷卻及潤滑。 在其他實施例中，該流體可包含在該電機機械内且可在 该電機機械内循環。在一些實施例中，該流體可包含在該 電機機械之特定部分内，而在其他部分中，該流體可在該 電機機械之各個部分之間自由流動。可使用該技術中已知 的用於各種流體冷卻電機機械之任何組件、特徵件、特性 或步驟。例如，參見美國專利公開案第2006/0066159號； 美國專利公開案第2004/0113500號；美國專利第5181837 號；美國專利第5,997,261號；美國專利第6,355,995號；美 國專利第5,578,879號，其等之全文以引用方式併入本文 中。 冷卻及/或潤滑流體可係該技術中已知的任何流體。一 流體可包含一液態或氣態流體。在一些實施例中，該冷卻 158267.doc 201225491 及/或潤滑流體可係：一氣體，諸如空氣；或一液體，諸 如水、石油或一種類型的液體介電流體；或任何此等流體 之蒸氣或霧，或任何其他類型的流體。可使用該技術中 已知的任何類型的冷卻劑及/或潤滑劑。例如，可使用— 傳輸流體，諸如自動傳輸流體（ATF)。可根據期望熱、 電、化學或流動性質選擇一流體.舉例而言，該流體可具 有落在一期望範圍内之一特定熱量’或可係具有高於一期 望值之一電阻率之非導電流體，或可係對包括該電機機械 之70件化學惰性或反應之一流體，或可係具有一高黏度或 一低黏度之一流體。 在一些實施例中，流體之一組合可設置在該電機機械 内。舉例而言，一冷卻及/或潤滑流體可係設置在亦含有 一軋態流體之一機械内之一液體。在一些實施例中，該電 機機械可完全由—液態流體充滿，可部分用—液態流體充 滿，或可具有在其中流動之液態流體之低位準。 供應至該電機機械之流體可經加壓或不經加壓。在一些 ^(歹！| 中 ，-〇r *务 , ^ L糟一正壓力源（諸如一泵或壓縮機）加壓該流 體。該正壓力源可在該電機機械外部（例如，在該電機機 :之，：側)’或可係該電機機械之部分。在其他實施例 。°藉由負壓力源（諸如真空）加壓該流體。該負壓力 :°在該私機機械外部(例如，在該電機機械之出口側)， 或可係該電機機械之 該電機機械之構心/ 該壓力源可係 ^ 成。^刀且可有助於該機械内之流體流動。 產生有助於流體流動之任何壓力差。在其他實施例中， 158267.doc 201225491 其他力（諸如+ Λ 力或移動該機械内之部件引起的力）可有助 於^體流動。 乂：機機械之全部或部分可由—外殼包圍。該機械外殼 ° 於匕3、支撐及/或保護目的或任何其他類似功 能之包圍該電機機械之全部或部分之任何結構或組件一 =構或組件可作用為—機械外殼或可包括-機械外殼之部 另外可執行其他不相關功能。該外殼可包圍一機械 總成之全部或部分，或可包圍該機械之個別組件之任一者 (諸如一定子或轉子）之全部或部分。包圍該機械之一或多 個個別組件之全部或部分之―或多個個別結構或組件可分 開作用為機械外般’且亦可集中包括一機械外殼。熟習此 項技術者將瞭解在不背離本文提供的描述之情況下亦可由 其他術語引用本文所指之該機械外殼，包含機械殼、框 架、機殼或其他類似術語。該機械外殼（如本文所稱）係集 體地包含可對於該電機機械或該電機機械之個別組件之任 者執行圍組、支揮及/或保s蔓功能或任何其他類似功能 之任何及全部個別結構及/或組件（例如，機械端蓋）。在一 些實施例中’該機械外殼之全部或部分可流體密封。 該電機機械可使用高功率電連接。可靠高功率連接可需 要具有可接受電流密度之低電阻電接觸。銅1)(2功率連接 之典型最大電流密度可係2,2xl〇6 A/m2之級數。此在高於 40°C之周圍溫度下通常可限制連接之溫度上升在3〇。(：以 下。例如，參見ANSI C37.20C-1974、IEEE 標準 27-1974。 在銅三相AC功率連接中’ 7xl06 A/m2之最大峰值電流密度 158267.doc •12· 201225491 傳統上已可靠地用在電機機械中。在本發明之一些實施例 中，流體冷卻可引進至一或多個連接器表面，其可增強連 接可靠性且使其可能超過7xl06 A/m2之值。 圖1展示供應一流體至一電機機械内之各種通道之本發 明之-實施例。該流體可經加壓或不經加壓。該流體可通 過-流體分配歧管42之-入口埠41進入該機械且可分配於 位置1、2及3處之通道。&等通道可引導該流體至位置幘 之-或多個軸承7、至位置10處包圍一機械㈣之―或多 個’主入器喷嘴9 ’且至位置6處在一外殼4與一定子總成$之 間之-或多個空腔t。因此，該歧管可將流體分別分配至 一軸承流體流動路徑、一轉子流體流動路徑及一定子流體 流動路徑。 ▲在-些實施例中，位置卜2及3處之該等通道可定向在 该機械之頂部附近，或在其他實施例中，此等通道可定向 在該機械之底部附近或可定向在該機械之任一側上之任何 財。f 一些例子中，位置1、2及3處之該等通道各自可 定向在實質上相同側上或圍繞該機械之類似位置中，而在 其他例子中’該等通道各自可個敎向在圍繞該機械之任 何位置處。在其他實施例中’任何數目個通道_ ^位在圍 繞該機械之任何位置處。 進入位置1、2及3處之該等通道之該流體可分岔成該機 械内之多個路徑。—路徑可引導該流體之—些流過該等轴 ^7’其可濁滑且冷卻該等軸承（即，一轴承流體流動路 位）’且可分岔以亦引導一些流體流過朝向該轉子及定子 158267.doc -13- 201225491 之該注入器喷嘴9與該機械軸u之間之間隙1〇，此處該流 體可冷卻該轉子及定子（即，一轉子流體流動路徑）。已分 岔流過一軸承流體流動路徑及一轉子流體流動路徑之該流 體可分別藉由流過該機械外殼4之主要内部空腔37至一排 氣通道20且至一集氣箱22十而完成每一路徑。注意在該機 械之每一端部處之兩個位置〗、3處可重複此等路徑。因 此，在一些實施例中，兩個或兩個以上軸承流體流動路徑 及兩個或兩個以上轉子流體流動路徑可設置在該機械内。 另一路徑可引導該流體在位置6處之該外殼4與該定子疊 片5之外表面之間圍繞及/或沿該定子總成5流動此處該 流體可冷卻該定子且亦可自該定子流出以冷卻該轉子 (即，一定子流體流動路徑）。因此，在—些實施例中，相 同流體可流過-定子㈣流動路㈣接觸且冷卻該定子及 該轉子。在-些實施例中，周或周邊圍繞該定子總成 引導該流體^者或另外可沿該定子總成之長度引導該流 ^在二例子中，可圓周或周邊圍繞該定子總成及/或 沿該定子總成之長度以任何期望角度引導該流體。該外殼 4之内表面可具有也晋, 罝6處之—或多個圓周或周邊凹槽，其 可形成該定子總成5之該外表面與該外殼4之該内表面之間 之-或多個空腔。該流體可流過此等空腔之〜❹者以冷 卻該定子5 ’接著在—些實施例中，該流體可通過—或多 個排氣通道21流至-集氣箱22中。或者或另外，該外心 之該内表面及/或該定子總成5之該外表面可具有一或多個 凹槽或其他表面特徵件，其等在該定子總成之該外表面與 158267.doc •14- 201225491 該外殼之㈣表面之間可沿該定子總成之長度形成一或多 個通道。該流體可流過此等通道之者以冷卻該定子 5，接著在一些實施例中 可離開此等通道之一或多 ’該流體在該定子疊片之邊緣處 者。該流體接著可流動以接觸且 冷卻I紋子端U㈣子端環，且接著可通機械外殼 之該主要内部空腔37流至一或多個排氣通道20且流至該集 氣知22中。在·一些貫施例中，一令工·*触、 J τ 疋子流體流動路徑可設置 在該機械内。或者，在__ m 你/、他貫施例中’可設置兩個或兩個 以上定子流體流動路徑。 在-些實施例中，已流過一定子流體流動路徑之流體、 已流過-轉子流體流動路徑之流體及已流過—轴承流體流 動路徑之流體可全部-起收集在該集氣箱22中，此處該流 體可通過-出口埠46離開該機械。較佳地，相同流體可用 於該機械内之該等流體流動路經之全部。在其他實施例 中，不同流體或其等之組合可用於不同流體流動路徑。 A.流體分配歧管 如先則描述’圖1展示一入口淳41及一流體分配歧管 42，流體通過該入口埠41及該流體分配歧管42可進入根據 本發明之-實施例之-電機機械。在―些實施例中，該入 口崞可定向在該電機機械之一側上。在其他實施例中，該 入口琿可定向來自該電機機械之頂部或該電機機械之底 4。在些例子中，該入口埠可經定向使得該流體水平流 至該流體分配歧管。或者，該人口埠可經垂直定向，或以 一角度疋向，該角度可包含（但不限於）一1〇度角、丨5度 158267.doc •15· 201225491 角3〇度角、45度角、6〇度角、75度角或8〇度角。在一些 :子中’ Y设置-個、兩個、三個或更多個入口埠，其中 母-入口蜂可具有如所描述之任何組態、位置或定向。每 入口蟑可連接至相同流體分配歧管或者可連接至不同歧 管，該等歧管彼此可流體連通或不流體連通。每一入口埠 了接父相同*IL體或—不同類型的流體。一入口埠可設置在 使用或不使用一歧管之該電機機械之外殼之任何部分上。 在一些貫施例中，該歧管可設置為該電機機械之該外殼之 刀及/或包含在該外殼内。在其他實施例中，該歧管 可設置為一分開部件且附接至該電機機械之該外殼。仍在 其他實施例中’該歧管可經設置使得該歧管之一部分設置 為附接至該機械之一分開部件且該歧管之另一部分設置為 該機械之一部分及/或包含在該機械内。 圖1B展示用於根據本發明之一實施例之一電機機械之一 流體分配歧管之一概要示意圖。如所展示，流體可自一或 多個入口進入該歧管。該流體分配歧管可具有一或多個分 配開口，該等開口可通向該機械内之一或多個流體流動通 道。在一實例中，三個分配開口及/或流體流動通道可設 置為I、IIA及IIB。在其他實施例中’可設置任何數目個分 配開口及/或流體流動通道，其可包含一個、兩個、二 個、四個、五個、六個、七個、八個、九個或十個或更多 個分配開口及/或流體流動通道。 在一些例子中，可設置相同數目個分配開口及/或流體 流動通道。或者，可設置不同數目個分配開口及/或流體 158267.doc •16- 201225491 流動通道。舉例而言，多個流體流動通道可自—單一分配 開口或自其他流體流動通道分流。 該流體分配歧管可具有任何形狀或定向。在一些例子 中’該歧管可具有-加長或平坦形狀。舉例而t，該歧管 可具有-平坦圓形、正方形、矩形、三角形、六邊形、八 邊形或任何其他形狀。在__些例子中，可水平定向該歧 管，使得-最小尺寸在一垂直方向上延伸。或者，可垂直 定向該歧管，使得-最小尺寸在—水平方向上延伸。在其 他實施例中’可以一角度定向該歧管。 該等分配開口可定位在沿該歧管之任何地方。舉例而 言，該等分配開Π可定位在該歧管之―底面上。此可使能 重力有助於造成流體流過該等開口。在其他實施例中，該 等分配開口可定位在該歧管之一側或頂部上。 圖1展示在本發明之一實施例中，流體可通過一流體分 配歧管42之一入口埠41進入該機械且可分配至位置i、2及 3處之通道。該等流體流動通道可由溝道、封閉空間、非 封閉空間、平坦空間、管道、管子或任何其他形狀或組態 形成。如先前闡述，可設置任何數目個流體流動通道用於 一電機機械。 圖1C展示可設置在一電機機械内之流體流動路徑之—實 例圖。一第一流體流動路徑I可係一定子流體流動路徑。 該定子流體流動路徑可設置在該電機機械之一外殼與—定 子總成之間。在一實施例中，可設置一個定子流體流動路 徑。或者，多個定子流體流動路徑可設置在該電機機械 158267.doc -17- 201225491 内:在-些實施例中，子流體流動路徑可造成流體在 -貫質上圓柱電機機械之—實質上·f曲表面上圍繞該機械 之可奴轉軸极動。舉例而言，若一圓柱形狀機械設置在其 在側面’使得該可旋轉轉子之可旋轉轴與該機械之轴平行 於地面’則流體可自該圓柱機械上方流動且圍繞該圓桎體 之彎曲表面向下流冑’使#該流體圍繞該定子總成實質上 圓周流動。在其他實施例中’該電機機械不需要係、實質上 圓柱形，如此，該定子流體流動路徑或者可造成流體圍繞 任何形狀表面或多個表面流動，使得流體可圍繞任何形狀 定子之周圍流動。或者或另外，在其他實施例中，該流體 可在圍繞該定子之任何方向或多個方向上流動。在一些實 施例中，一定子流體流動路徑可造成流體沿一電機機械之 長度（與該機械之可旋轉軸實質上平行）在該定子之表面上 流動。舉例而言，流體可自該定子總成之中心附近之一通 道流動且可沿該定子之長度向外流動，使得該流體與該可 旋轉轉子之可旋轉軸及該電機機械之軸實質上平行流動。 在其他實施例中，該定子流體流動路徑可造成流體沿或圍 繞該定子總成以任何角度或方向流動。舉例而言，該流體 可相對於該可旋轉軸以大約5度、大約丨0度、大約丨5度、 大約20度、大約30度、大約45度、大約60度、大約75度或 大約9 0度流動。 亦如圖1C中展示’額外流體流動路徑可設置在該電機機 械内。舉例而言，可設置一轉子流體流動路徑ΠΑ、IIB及 一軸承流體流動路徑IIIA、IIIB。可設置一轉子流體流動 158267.doc 201225491 =:其可引導流體接觸一轉子及一定子總成。可設置一 =體：動路徑，其可造成流體接觸_轴承總成。在一 可設置一個、兩個或更多轉子流體流動路經 S承机體流動路徑。在一些實施例中，可 轉子流體流動路徑及兩個軸承流體流動路徑，包含在二電 機機械之相對側上之每-者之-。舉例而言，可沿一實質 上圓柱電機機械之實f上平坦端部設置其等。或者，可圍 繞-電機機械設置任何數目個轉子流體流動路徑及軸承流 體流動路徑。舉例而言，若-電機機械具有-圓形橫截面 形狀，則可圍繞該電機機械之圓周之多個點設置多個轉子 流體流動路徑及多個軸承流體流動路徑。在—些實施例 中’一轉子流體流動路徑及—軸承流體㈣路徑可起始於 相同流體流動通道驗IIIA、IIB+㈣且可分流為—分開 轉子流體流動路徑IIA、IIB及一分開軸承流體流動路徑 ΠΙΑ、IIIB。 在本毛月之替代實施例中，諸如圖1D中之流體流動路徑 之實例圖所展示’該轉子流體流動路徑IIA、IIB及該轴承 流體流動路徑„IA、mB不需要共用相同起始流體流動通 道取而代之的是，該轉子流體流動路徑ΠΑ、ΠΒ及該軸 承流體流動路#IIIA'㈣可具有來自該歧管之分開個別 分配開口 ’該等開口通向分開個別流體流動通道。 在其他替代實施例中，諸如圖1£中之流體流動路徑之實 例圖所展示，該轉子流體流動路徑ΙΙΛ、IIB及該軸承流體 流動路徑IIIA、ΙΠΒ可起始於相同流體流動通道ιια+πια、 158267.doc -19_ 201225491 IIB+IIIB且不可分流為一分開轉子流體流動路徑IIA、IIB 及一分開軸承流體流動路徑ΠΙΑ、IIIB。取而代之的是， 一單一流體流動通道ΠΑ+ΙΙΙΑ、IIB+IIIB可引導流體連續 流過一軸承流體流動路徑III A、IIIB且接著循序流過一轉 子流體流動路徑IIA、IIB。 在一些實施例中，一定子流體流動路徑可與一轉子流體 流動路徑及/或一轴承流體流動路徑共用或不共用一流體 流動通道之任何部分。根據一實施例，一電機機械可具有 五個流體流動路徑：一個定子流體流動路徑、兩個轉子流 體流動路徑及兩個軸承流體流動路徑。 該電機機械可包含一或多個流體分配歧管。每一歧管可 具有一類似組態或變化組態。在一些例子中，每一歧管可 提供分配開口至該等流體流動路徑之每一者。或者，各種 歧管可提供分配開口至不同流體流動路徑。 B.定子流體流動路徑 在一些實施例中，流體可流過一定子流體流動路徑。圖 1展示根據本發明之一實施例可使流體在一電機機械外殼4 與一定子總成5之間流動之一冷卻流體路徑。該流體可進 入位置2處之一或多個流體流動通道且可流過由該外殼4之 内表面上之一圓周或周邊凹槽形成之一或多個空腔6。或 者或另外，流體可沿由該外殼4之該内表面及/或該定子總 成5之該外表面上之凹槽或其他特徵件形成之定子之長度 流過一或多個通道。因此，在一些實施例中，流體可在任 何方向或多個方向上圍繞該定子之圓周或周邊流過一或多 158267.doc -20- 201225491 個通道及/或沿該定子之長度流過一或多個通道。在一些 例子中，流體在該定子疊片之邊緣處可沿該定子之長度離 開該等通道之一或多者’允許流體在該定子端匝上流動 及/或流過其且流至該轉子端環上。因此，該定子流體流 動路徑可包括一或多個流體流動通道，該等通道可允許流 體直接接觸該定子總成5之該外表面、該定子端匝及該轉 子端環。熟習此項技術者將瞭解在不背離本文描述的發明 之情況下，本文所指之該定子疊片、定子端匝及轉子端環 可包含任何類型電機機械中之任何其他類似結構或組件。 冷卻流體與該等定子疊片、定子端匝及轉子端環之間之 直接接觸可增強自該定子及轉子熱源至該冷卻流體之熱轉 移。可由該機械機殼之一密封構件使能此流體流動路徑。 因此，在一些實施例中，用於該電機機械之一外殼可流體 讼封’或與該冷卻流體接觸之該外殼之部分可流體密封， 然而’在一些實施例中該機械不需要流體密封。 在一些實施例中，進入位置2處之該流體流動通道之該 流體可圍繞該定子總成5之整個圓周或周邊流過該空腔6， 接著可通過一排氣通道21離開該空腔且流至—集氣箱U 中，其中該流體可通過一流體出口埠46離開該機械。在其 他貫施例中，進入位置2處之該流體流動通道之該流體可 圍繞該定子總成5之圓周或周邊之部分流過該空腔6。或者 或另外，進入位置2處之該流體流動通道之該流體可沿哕 疋子、％成5之長度流過—或多個通道，接著在一些實施例 中，該流體在該等定子疊片之邊緣處可離開該等通道之一 158267.doc -21- 201225491 或多者。離開該等定子疊片之邊緣處之—或多個通道之該 抓體接著可流動以接觸該等定子❹及該等轉子端環，且 接著可通過该機械外殼之該主要内部空腔37流至一排氣通 道20且流至該集氣箱22中，此處該流體可通過一流體出口 谭46離開該機械。在一些實施例中，該流體可接觸該機械 之一個端部處或該機械之兩個端部處之一或多個位置中之 一定子端匝及/或轉子端環。 圖7展不根據本發明之一實施例之一電機機械之一分解 圖。提供一定子總成5之一透視圖。流體可圍繞及/或沿所 展示之彎曲區域沿該定子總成5之外表面流動。在其他實 施例中，該定子總成之該外表面不需要係彎曲的，如此， 流體可圍繞及/或沿任何形狀的定子表面或多個定子表面 流動。在一些實施例中，該流體可圍繞該定子總成5之整 個圓周向下流動，且在一些例子中’可由定位在該定子下 方之一集氣箱2 2收集該流體。在其他實施例中，該流體可 圍繞s亥疋子總成5之圓周之部分流動。在一些實施例中， §亥流體可石s亥疋子總成5之長度流動且可在自該定子之中 心向外之一方向上朝向該定子之一或多個邊緣流動。在其 他貫施例中’ 3亥流體可自該定子之一邊緣朝向該中心及/ 或自定子之一邊緣至該定子之另一邊緣沿該定子之長度流 動。在一些例子中，在朝向該定子之邊緣之—通道中流動 之流體在該等定子疊片之邊緣處可離開該通道且流至該機 械之該主要内部空腔中》在該等定子疊片之邊緣處離開該 通道之後’該流體另外可流動以接觸該等定子端匝且可繼 158267.doc -22- 201225491 續流動圍繞及/或流過該等定子端匝以接觸該等轉子端 環。該流體接著可向下流過該機械外殼之該主要内部空 腔，且在一些例子中，可由定位在該定子及轉子丁方之〆 集氣箱22收集該流體》 在一些實施例中’該流體可限定於該定子5與一外殼4之 間之一特定區域。在一些情況中，流體流動可限定在空 腔、溝道、腔室 '區域或任何其他流體限定結構内。可設 置一個或多個限定流體流動通道。在其他實施例中，該流 體可在該定子與該外殼之間之空間中之任何地方自由流 動。在'些貫施例中，該流體在該定子與該外殼之間之任 何二間或空間組合中可在任何方向或多個方向上流動。該 流體可在一寬廣區域上自由流動及/或可限制於一或多個 特定路徑。在一些實施例中，可在造成該流體在一個方向 或多個方向上流動之一路徑中引導該流體。此外，一流體 流動路徑可在任何點及任何時間改變該流體流動之方向。 在一些實施例中，該流體可沿一連續路徑流動或可分流為 不同路徑。零個、一個、兩個或更多個路徑可自零個、一 個、兩個或更多點分流，流體可沿一單一界定路徑流動 及/或可沿多個平行路徑流動。多個流體流動路徑可彼此 平行或不平行。 一或多個特徵件可設置在該外殼之内表面及/或該定子 總成之外表面上，其等可形成經組態以引導該定子與該外 殼之間之流體流動之一或多個通道。另外或或者，此等_ 或多個特徵件可增加該定子之該外表面及/或該外殼之該 158267.doc •23- 201225491 内表面之暴露表面積，其可有助於任—或兩個表面與該流 體之間之熱轉移。在一些實施例中，該外殼之該内表面可 包含-或多個凹槽、溝冑、隆起、突出、鰭片、凸塊、凹 口、圖案、紋理表面或任何其他表面特徵件。在一些例子 中，此等特徵件可在該定子總成之該外表面與該外殼之該 内表面之間形成經組態以引導圍繞或沿該定子表面之流體 流動之-或多個通道。另外或或者，此等特徵件可增加該 外殼之暴露内表面積，其可增加與該流體接觸之一或多個 流體流動通道之表面積之量。有利地，此可允許該流體與 該外殼表面之間之—更大程度熱轉移。或者，在其他實施 例中’該外殼之該内表面可係光滑或實質上光滑的。在一 些實施例中，該定子總成之該外表面可包含一或多個凹 槽、溝道、隆起、突出、鰭片、凸塊、凹口、圖案、紋理 表面或任何其他表面特徵件。在一些例子令，此等特徵件 可在》亥疋子總成之该外表面與該外殼之該内表面之間形成 、’星、.且態以引導圍繞或沿該定子表面之流體流動之一或多個 通道。另外或或者，此等特徵件可增加該定子之暴露表面 積，其可增加與該流體接觸之一或多個流體流動通道之表 面積之量。有利地，此可允許該定子表面與該流體之間之 一更大程度熱轉移。或者，在其他實施例中，該定子表面 可係光滑或實質上光滑的。 在一些例子中，流體可沿該定子流體流動路徑之全部或 部分向下流動，且可由重力驅動或幫助流體流動。在其他 例子中，可使用泵、壓縮機或其他機構以主動迫使該流體 158267.doc -24· 201225491 以一期望方式流過該定子流體流動路徑之全部或部分。此 文力流體流動可允許該流體在圍繞及/或沿該定子流體流 動路徑之任何方向上行進，其可包含允許該流體向上、向L 下、側邊或以任何角度行進。因此，該流體由於以下之一 f多者可流過該定子流體流動路徑：重力、該流體流動路 控之開始處或沿該流體流動路徑之一些點處之正麼力、該 流體流動路徑之終點處或沿該流體流動路徑之一些點處： 負壓力、或可在該電機機械外部或係該電機機械之一構成 部分之一或多個移動部件或其他機構。 c·轉子流體流動路徑 此章節描述用於冷卻可旋轉轉子（或其他類型電機機械 中之類似動態組件，諸如一電枢)及固定的定子總成之一 流體流動路徑之實施例。 圖3提供-電機機械之—剖面之一放大細節且展示根據 本發明之-實施例之—轉子流體流動路徑。該流體可自一 流體通道1流至-流體注人器噴嘴9附近之—空腔㈣、流 過該注入器喷嘴9與一機械軸u之間之一間隙1〇，接著： 出該注入器喷嘴9與-轉子35之表面之間之—垂直間隙 16 °相鄰於該轉子35之該表面之該注人11㈣9之端部處 之一較大直徑特徵件可造成流體由於該可旋轉轉子35之地 心引力而增加該流體離開該間隙16之速度。因此，形成相 鄰於5亥轉子之該表面之垂首开杜夕λ tm j * 4 w ϋ直兀件之该注入态喷嘴之部分亦 可作用為一離心泵抽圓盤34。 -旦該流體自該間隙16喷出，該流體可衝擊表面17處之 158267.doc •25· 201225491 該轉子之端環15且可冷卻該端環15。該轉子端環15可代表 用於具有一籠型轉子之一感應機械中之轉子棒、一線繞轉 子型機械中之端匝、一永久磁鐵型機械中之轉子之端部择 構或任何類型的電機機械中之任何類似結構之短路環。 該等轉子端環15(尤其線繞或籠型機械上）可由一高導電 材料製成。在一些實施例中，該等端環亦可由一高導熱材 料製成。此等導熱材料之一些實例可包含（但不限於）金屬 (諸如銅、鋁、黃銅、銀、金、鐵、鋼、鉛）、金剛石、碳 或任何合金、混合物或其等之組合。利用流體流動冷卻該 等端環15可造成來自該轉子中心之熱藉由熱傳導移除至較 低溫度端環及流體。在一些實施例中，可係導電或非導電 之導熱材料或器件（諸如熱管）可增加至該轉子總成且可與 轉子結構及/或端環熱連通以改良熱轉移。 一旦該流體藉由地心引力自該端環15喷出，該流體可朝 向該等定子端匝18自旋，此處額外可發生冷卻。該等定子 端匝可係一定子總成5之繞組之端部，其可由一高導電及 導熱材料構成，因此可將來自該定子5中心之熱有效傳導 至s亥流體》在一些實施例中，該定子總成之該等繞組可由 銅、紹或任何其他尚導電材料形成。在某些例子中，定子 總成之繞組亦可由高導熱性材料所製成。在一些類型電機 機械中，該定子總成除了繞組之外可含有永久磁鐵，諸如 電刷式通用電動機。在一些實施例中，可係導電或非導電 之導熱材料或器件（諸如熱管）可增加至該定子總成且可與 定子結構及/或端匝熱連通以改良熱轉移。 158267.doc -26- 201225491 如圖1中展示’-旦該流體衝擊該定子端㈣，該流體 由於重力作用遠離該等端E流至該機械外殼4之該主要内 部空腔37之-排氣通道2〇。該機械外殼或與該冷卻流體接 觸之《亥外邊之部分可係流體密封的，其可使能該流體在不 自該外殼m兄下流動，“，在—些實施例中該機械 I需要流體密封。自該排氣通道2G，該流體可流至一集氣 箱22且通過一流體出口埠粍離開該機械。 或多個轉子机體流動路控可設置在—電機機械内。舉 例而言’如圖1C中展示，可設置兩個類似流體流動路徑 IIA IIIA及ΙΙΒ+ΙΠΒ。此等兩個類似流體流動路徑可設置 在-電機機械之相對端部處。在其他實施例中，可存在任 何數目個轉子流體流動路徑且其等可具有該電機機械内之 任何位置。 如圖3中展示，該流體可自一流體流動通道1流至一空腔 45。该空腔可係一接面，在該接面處該流體之一些可分流 為-轉子流體流動路徑且該流體之一些可分流為一軸承流 體桃動路瓜。6亥空腔可形成具有分流為任何數目個流體流 動路徑之任何數目個組態之-接面。或者，該空腔不需要 形成-接面’但可引導㈣體之全部沿_特定路徑流動。 該视體可自該空腔45沿一注入器喷嘴9與一機械轴“之 間之一通道及該轉子35之一表面流動。該流體可沿該轉子 流體流動路徑10之一第一部分在一實質上水平方向上流動 且可沿該#子流體流動路徑16之一第二部分在一實質上垂 直方向上㈣°在其他實施例中’此等流體流動通道可具 I58267.doc -27- 201225491 有任何定向，其等有角度（例如，5度、15度、30度、4s 度、60度、75度、85度）或水平或垂直。該等流體流動路 徑區段亦可係實質上筆直或可彎折或彎曲。在一些例子 中’該流體流動路徑10之該第一部分可透過有角度或彎曲 之一中間區段過渡至該流體流動路徑16之該第二部分。在 其他例子中，該流體流動路徑之該第一部分可在不具有中 間區段情況下直接過渡至該流體流動路徑之該第二部分。 在其他實施例中，該流體流動路徑之該第一部分及第二部 分可合併為一個通道。 該流體可需要或不需要壓力以沿該注入器喷嘴與機械轴 之間之一流體流動通道流動。該壓力可由一正壓力源（諸 如一泵）、一負壓力源（諸如真空）或任何其他壓力差產生器 件造成。壓力可由一外部源或該機械之構成部分之一源造 成。在一些例子中’重力可造成或有助於該壓力。 在一些實施例中，該注入器噴嘴9與該機械軸u或該轉 子35之表面之間之間隙可改變。舉例而言，在一些例子 中，該注人器喷嘴與該轉子之表面之間之間隙可大；;該注 入器喷嘴與機械軸之間之間隙’反之亦然。在一必例子 中，該等間隙可係〇.5L.〇毫米之級數，然而，可根據流 體流動及壓力要求、流體類型及/或該機械之大小相應改 擊該轉子端環15。 可具有任何其他形 度或彎曲。下文將 離開邊流體流動通道16之該流體可衝 在一些實施例中，該轉子端環可傾斜或 狀。該轉子端環如期望可水平或可有角 158267.doc •28· 201225491 更詳細間述此。如先前描述，該流體可視情況衝擊該等定 子端匝18且流動遠離該等端匝。或者，該流體可衝擊設置 在該定子及該轉子附近之區域中之任何其他表面。該流體 由於重力作用可向下流至一排氣通道2〇。該流體可流下該 定子及該轉子附近或構成部分之任何表面些實施例 中，在可有助於引導該流體向下及/或流至一期望位置之 表面之任一者上可存在溝道或表面特徵件。或者，該等表 面可實質上光滑。 如圖3中展示，可定位在一#子流體流動路徑附近之其 他組件可包含用於該電機機械之一外殼該空腔判可定 位在-轴承7附近，該軸承可藉由—軸承外座㈣及—轴 承内座圈32固持在合適位置。下文將進一步詳細間述此。 此外’可設置一軸密封件1 3。 D.軸承流體流動路徑 根據本發明之-實施例亦可提供—軸承流體流動路經。 至軸承之流體路徑可允許流體流過料軸承用於潤滑及冷 卻。此可有利於較高操作速度、較長連續操作、較高機械 耐久性及可靠性及較長機械壽命。增加的操作速度可係自 一電機機械產生較高功率且實現較高功率密度之— 能者。 圖2A提供根據本發明之一實施例之該軸承流體流動路徑 及軸承總成之放大視圖。該流體可進入—軸承7之一側上 之-空腔45中’接著可流過一計量器件29,流過該輪承總 成中之間隙’且流至該轴承與—轴密封㈣之間之該私承 158267.doc •29· 201225491 7之另一側上之一空腔1 2。 該軸承7可由一外座圈31及一内座圈32支撐，其可包括 一軸承總成。該流體可在該軸承與該等座圈之一或多者之 間流動。或者，該流體之一些或全部可圍繞該軸承流動而 不在該軸承與該等座圈之間流動。 圖2繪示一排水通道14可允許該流體離開該空腔12且流 出至該機械外殼4之該主要内部空腔中。圖丨展示該流體可 如何通過該機械外殼4之該主要内部空腔37流至一排氣通 道2〇。自該排氣通道20,可引導該流體至一集氣箱22，此 處該流體可通過一流體出口埠46離開該㈣。該機械外殼 或與該冷卻流體接觸之該外殼之部分可流體密封，其可使 能該流體在不自該外殼浅漏情況下流動，#而，在一些實 施例中該機械可不需要流體密封。 如圖8中展示，一接觸來私彼 设卿在封件13可圍繞一電機機械之一 軸11設置且可阻止該流體4 1 + 體通過该可旋轉軸11與一機械外殼 4之間之介面離開該機械。一 牡些 > 施例中，該軸密封件 13可由導電材料組成，其可完成該轉子35與該定子5之間 之一電路徑。在傳統機械中，軸承需要與該機械外殼及該 轉子電絕緣以阻止雷谇4 冤机4 3循環流過該等軸承7 (其可造成由 於電腐触之過早軸承損壞）。 筏）藉由使用一導電密封件13， 該等電流43可流過該導電 守电在封件13而不流過該等軸承7， 其可用以阻止過早軸承招 ㈣心。軸密封件13可設置在該可旋 1之一個或兩個端部或在該軸延伸穿過該機械外殼4 之任何位置處。因此，—或多個轴密封件可導電，缺而， 158267.doc 201225491 ‘實％例中該等軸密 闡述兮笙、曾 不茜要導電。下文將更詳細 閣連遠4導電密封件。 一或多個軸承流體流動 例而今，士 — 峪仏了 5又置在一電機機械内。舉 在-雷撼▲—實施例中，兩個轴承流體流動路徑可設置 ^ ^ σΡ處在—些例子中，該等軸承流 體流動路徑可自却_ w 八 ° 一電機機械内之一或多個流體通道 刀 >瓜。舉例而言，如 叔,々广 τ展不，可設置兩個類似流體流 —徑1认爾及ιιβ+Πιβ。此等兩個類似流體流動路徑 在電機機械之相對端部處。該等軸承流體流動路 UIIA、ΙΙΙΒ可自此等兩個流體流動路徑分流。在其他實 =中，任何數個轴承流體流動路徑可自每—流體流動路 仏刀/爪’或δ亥等軸承流體流動路徑可不需要自 f机體机動路控分流’但可直接連接至一流體分配歧 &諸如圖1 d中展不。在其他實施例中可存在任何數目 個軸承流航料彳i且其等可具有該電錢㈣之任何位 置。 1·分岔用於軸承潤滑及冷卻之流體流動之方法 圖2A展不根據本發明之—實施例之—軸承流體流動路經 之放大視圖。在流體注入系統之一軸承流體流動路徑中， 可引導該流體至一空腔45中，此處該流體可在一軸承7與 一流體注入器喷嘴9之間分岔。因此，該空腔45可形成_ 接面’此處該流體可在兩個或兩個以上方向上分岔。在— 些實施例中，該流體流動可分岔為一軸承流體流動路徑， 其可引導該流體之一些穿過一軸承7以潤滑且冷卻該軸 158267.doc -31 · 201225491 承，且至一轉子流體流動路徑中，其亦可引導該流體之一 些穿過一注入器喷嘴9與一機械軸i丨之間之一間隙1 〇朝向 該轉子及該定子。 在一些實施例中，該注入器噴嘴9可需要或不需要用於 使該流體注入系統合適工作之流體壓力，但可期望調整或 s十量至该轴承7之流體流動之相對量對穿過通向該轉子及 定子之路徑之流體流動之量。可藉由使用鎖定在該注入器 喷嘴9與該軸承總成之間之一流體流動計量器件29來實現 此，該軸承總成可包括一或多個軸承7、一軸承内座圈 及一軸承外座圈3 1。該軸承總成7、3 1、32及計量器件29 可由該注入器喷嘴9固定，該注入器噴嘴9可用以鎖定該計 里益件29且將其固定在合適位置，以及將該軸承總成7、 3 1、32失持在合適位置。由於軸承總成材料與外殼材料之 間之熱膨脹性質之差，當該機械外殼4溫度增加時，將該 軸承〜成失持在合適位置可避免該軸承總成移位或自旋。 上文提到的該等組件之任一者可由任何期望性質的材料 形成舉例而s，該等軸承可係比一些其他類型軸承相對 較低成本製造之鋼軸承。雖然鋼較佳用於滾動元件軸承， 可使用其他金屬、塑膠、玻璃及/或陶瓷或其等之任 何組合。該外殼可由(但不限於)鋁、鋼、鐵、銅、黃銅、 金叙1或任何其他金屬或其他材料（諸如塑膠、玻 璃、陶瓷）或任何合金、混合物或其等之組合形成。 t γ_» ;该外殼4使用—高導熱材料（諸如鋁）可產生與可由 (舉例而言、4 )鋼七成之該軸承7、該軸承内座圈32及/或該軸 158267.doc -32- 201225491 承外座圈31之材料不匹配之一熱膨脹。該軸承總成7 ' 3 1 32坐落在其中之外殼孔徑％之大小可比該軸承總成更 快擴張且溫度增加’其可允許該軸承總成7、η、32在該 外殼4中移位或自冑。由於此效應，可期望將該轴承總成 7 31 32夾持在合適位置。可利用該注入器喷嘴9實現 此’該注人器噴嘴9除了其之流體分配功能之外亦可充當 轴承夾具4除對於用以執行每—功能之額外硬體之需 要。 為&制穿過4軸承7之流體流量，可緊靠—軸承外座圈 夾持H· # H件29。在-實施例巾，該計量器件29與該 軸承内座圈32之間之_小間隙33可用於管理穿過該軸承7 之流體流動速率，以便維持流體壓力至該注人器喷嘴9 中，且提供足夠流體以潤滑且冷卻該轴承7。 在一些實施财，該計量器件29可具有孔眼、溝道或通 道或可由穿孔、有孔、可滲透或半渗透材料構成，其可使 能流體自該計量器件之-側穿過該計量器件流至另-側。 在此等情形t，可提供或不提供—間隙則於該計量器件 29。或者，該計量器件29可係固體且其中可不具有孔眼、 =或通道。該計量器件29可由針對可流過其之流體為不 ^透、半渗透或可渗透之—材料形成H實施例 、亥计1器件可係一板或可具有任何其他形狀或組態。 在-些實施例中，該計量器件29可移除、 =節，使得可在不具有-計量器件情況下操作該機械 可用不同大小及/或組態之不同計量器件替換該計量器 158267.doc -33· 201225491 件，或可調節該計量器件，藉此改變流至該軸承7之流體 及流至該注入器噴嘴9之流體之相對量。因此，使用該計 量器件29可允許可交換器件，每一器件具有一不同大小或 組態之流體通道以匹配期望流體流動速率或容納不同類型 流體之使用。 舉例而言，小間隙33或孔眼可用於氣態流體，且大間隙 33或孔眼可用於較高黏度液體。亦可調節該計量器件之大 小及/或組態以判定流至該軸承7之流體及流至該注入器喷 嘴9之流體之相對量。舉例而言，若期望相對更多流體流 至該軸承流體流動路徑中，則可調節該計量器件之大小或 組態使得該間隙33或該等孔眼之大小可增加，其可允許更 多流體流過s亥什量器件至該軸承流體流動路徑中。 在一些實施例中，可調節一計量器件29。舉例而言，可 調節該計量器件之大小，其可改變一間隙33之大小。或 者，穿過該計量器件之孔眼、溝道或路徑之數目或大小可 改變。可提供一或多個閥門。可提供可容納不同流體及/ 或流動速率之其他可調節特徵件。 該計量器件29可具有一實質上垂直組態。在其他實施例 中，該計量器件可有角度。該計量器件可呈一所要的角度 量以便允許一所要流量或比例之流體可流至該軸承流體流 動路徑中。 有利地，使用一計量器件29可允許相同電機機械使用不 同類型的流體。可交換該等計量器件及/或可控制可調節 特撻件以容納不同流體，但不需要對該電機機械做出其他 158267.doc • 34 - 201225491 變化。此可與傳統電機機械設計對比，其可需要完全不同 組態及/或可需要完全被替換，以容納不同類型的流體。 2.用於軸承潤滑/冷卻及轉子冷卻之流體流動之替代 方法 在本發明之另一實施例中，可提供用於一軸承流體流動 路徑及一轉子流體流動路徑之流體流動之一替代方法，作 為先前描述方法之對比。如圖1E中展示，該轉子流體流動 路徑IIA、IIB及該軸承流體流動路徑ΠΙΑ、IIIB可起始於 相同流體流動通道ΠΑ+ΙΙΙΑ、IIB+IIIB且可不分流為一分 開轉子流體流動路徑IIA、IIB及一分開軸承流體流動路徑 ΠΙΑ、IIIB。取代其，一單一流體流動通道IIA+IIIA、 IIB+IIIB可引導流體連續流過一軸承流體流動路徑IIIA、 IIIB且接著循序流過一轉子流體流動路徑IIA、IIB。此方 法介紹一特有流體流動路徑，其可允許流體流過一或多個 轴承用於潤滑及冷卻，接著可隨後允許流體流過一轉子流 體流動路徑用於冷卻一轉子及一定子總成。此方法可特定 應用於使用較大軸承時，但其可視情況使用任何大小的軸 承。 圖2展示根據本發明之一實施例之一軸承流體流動路徑 之一實例。在一替代實施例中，流體首先可注入定位在12 處之一空腔中，而不注入定位在45處之一空腔中，如圖2A 中展示。流體首先可經由連接至一流體分配歧管之一或多 個流體流動通道流至定位在12處之一空腔中。該流體流動 通道在到達該空腔12之前亦可分流為或不分流為一轉子流 158267.doc •35· 201225491 體流動路徑。在較佳實施例中，該流體流動通道不獨立地 分流為-轉子流體流動路役。在此方法中可消除或不消除 一排氣通道14及/或計量器件29。若消除該排氣通道，則 來自該軸承流體流動路徑之流體可全部被引導穿過該轴承 7 -> 流體流動之此方法可類似於先前描述的方法，除了一流 體通道1在該軸承與該軸密封件之相同側上可進入定位在 12處之3亥空腔之外，也可消除該排氣通道μ。流體可自定 位在12處之该空腔流過一軸承7且流至定位在仏處之該空 腔中。該流體接著可繼續穿過一注入器喷嘴9與一機械軸 11之間之一間隙10，接著流出穿過該注入器喷嘴9與一轉 子35之表面之間之一垂直間隙16，如圖3中展示，以接觸 如先前描述之一轉子端環15及定子端匝18。因此，利用用 於軸承潤滑/冷卻及轉子冷卻之流體流動之此替代方法， 該流體流動路徑在該軸承7與注入器喷嘴9之間可不分岔， 取代其，該流體可連續流動直接穿過該軸承7且接著流至 s亥注入器喷嘴9與機械軸11之間之該間隙1 〇中。 在此替代方法中，流體可流過一軸承流體流動路徑，且 接著循序流過一轉子流體流動路徑。此可使能循序冷卻 及/或潤滑該軸承及該轉子’而不是如先前方法中提供的 並行。因此，在所描述的該等實施例或變化型式之任一者 中’一特定流體首先可接觸一或多個軸承，流過該或該等 軸承，接著流過一轉子流體流動路徑。此可與流體流動路 徑可分流之方法對比，使得流體可並行流過一軸承流體流 158267.doc -36- 201225491 動路徑及一轉子流體流動路徑，分開流體接觸該軸承及該 轉子。 II.來自注入器喷嘴之流體之離心泵抽 圖3展示根據本發明之一實施例之一轉子流體流動路 徑。可相鄰於一轉子35之一表面設置一離心泵抽圓盤34。 該離心泵抽圓盤可由一注入器喷嘴9整體形成。或者，該 離心泵抽圓盤可與該注入器喷嘴分開。該離心泵抽圓盤及 該轉子可形成一間隙16，該間隙16可係該轉子流體流動路 徑之部分。 對於該流體注入系統之該轉子流體流動路徑，在該注入 器噴嘴9之輸出端使用一較大直徑平行離心泵抽圓盤34(其 相對於該可旋轉轉子35可係固定的）可造成該流體在一徑 向方向上流過該圓盤34與該轉子35之表面之間之該間隙16 且可增加流體速度。當該流體速度增加時，該流體之壓力 可下降，且該圓盤34可充當一離心泵以有助於該流體之流 動及分配。有利地’此方法可併入離心泵作為該機械設計 之一構成部A ’在纟發明之一些實施例中其可增力〇或增強 該機械内之流體流動，及/或可消除或減小對於外部^體 泵抽之需要。 從柏努利（Bernoulli)方程： P+l/2pV2+pgh=K，其中 P係壓力， P係密度， V係流體速度’ 158267.doc •37- 201225491 g係重力， h係馬度變化， K係常數。 假η又怪疋溫度’該流體速度v由於該轉子之旋轉動作而 增加’因此造成該流體壓力Ρ降低。此壓力下降可允許該 注入器喷嘴作用為一離心泵。 增加該離心泵抽圓盤34之大小可增加泵抽效應。在該圓 盤34上使用一實質上光滑表面可減小該機械上之阻力損 失。若需要較大泵抽效應，則在該旋轉離心泵抽圓盤34之 表面上附加輪葉由於流體速度之額外變化可增加泵抽壓 力，但需要來自該機械之更多功率用以操作。此外，如圖 5中繪不，可藉由在該機械軸u上提供特徵件（諸如輪葉％ 實現額外離心泵抽力。此等輪葉可在該軸u與該流體注入 器喷嘴9之間之一間隙10之區域中’如圖3中繪示。此等輪 葉36可作用以泵抽穿過該間隙1〇之流體。該等輪葉可有: 度以有助於在一期望方向上引導該流體。舉例而言，該等 輪葉可有角度使得流體朝向該電機機械之中心流〇動（=, 穿過-第-間隙H)且接著過渡至一第二間隙Μ^或者，’ 可提供凹槽、隆起、溝道或任何其他表面特徵件以有助於 引導該流體且影響該泵抽壓力。 、 該離心系抽圓盤34可由提供期望機械及/或表面性$ 有助於泵抽效應之任何材料形成。如先前提到， 離心泵抽圓盤之表面實質上氺.、典 . 3 先/月。在一些其他實施例y 該離心系抽圓盤可具有一纹报志；斗，好 、次理表®或其他表面特徵件 158267.doc -38· 201225491 如溝道、隆起、凹槽）或可影響穿過相鄰於該圓盤之該間 隙16之流體流量之輪葉。相鄰於該轉子35之表面之圓盤表 面可經垂直定向或可具有可以一期望方式引導該流體之一 些角度。 因為可不總是需要額外流體流動，所以利用離心泵抽增 強流體流動之此方法可自動使能最需要額外冷卻時增加流 體流量。當該機械之旋轉速度增加時，該機械之功率亦可 增加，因此，該機械之熱損失亦可增加。整體離心泵抽方 法可成比例增加相對於該機械之旋轉速度之流體流動之速 率，其可同時增加高功率操作時該冷卻系統之熱轉移速 率因此，當對於該機械内之熱轉移之需要增加時，可利 用該離心泵抽方法提供增加的流體流動及熱轉移。 III·増強轉子端環上之流體流動及熱轉移之方法 在傳統機械中，通常用鰭片製成電機機械之轉子端環以 使空氣在機械外殼中循環且增加對流熱轉移。 在一流體諸如冷卻機械中，熱轉移機構可利用至注入流 體之傳導及/或對流。如圖3中展示，該注入流體可離開一 1隙 噴在轉子端環1 5之内直徑上，且在該端環上及 周圍流動以噴在定子端匝1 8上。 -玄轉子端環15可設置在距—流體注人器喷嘴9(及/或離心 泵抽圓盤34)與-轉子35之表面之間之該間隙16之開口之 期望距離處。舉例而言，可相應調節該間隙】6之該開口 與省轉子端裱15之間之距離以提供一期望流體流動量及/ 或拴制流體流動之方向。此外’在一些實施例中，該流體 158267.doc •39· 201225491 注入器喷嘴9及/或離心泵抽圓盤34可經組態及/或包含特徵 件使得以一期望方式引導離開該間隙16之流體朝向該轉子 端環1 5。 為増強該轉子端環上之熱轉移及流體流動，該轉子端環 可包含一或多個特徵件，該等特徵件可增加暴露於已離開 該間隙16之該流體之表面積及/或可有助於引導該流體在 該轉子之表面上流動且接著藉由離心力朝向該定子。在— 些實施例中，該轉子端環表面可實質上平坦或可包含一傾 斜特徵件17。在該端環15之内直徑上附加一傾斜特徵件17 可增加暴露於該冷卻流體之表面_。在-㈣施例中’該 轉子端環表面可實質上光滑或可包含表面特徵件（諸如溝 道隆起、犬出、輪葉、凹槽）或任何其他特徵件，該等 特徵件可增加暴露於該流體之該轉子端環之表面積及/或 I增強在該等端環上及周圍之流體流動。該等特徵件可以 7方式對準使得可促進沿該轉子端環15之長度之流體流動 以朝向該等定子端匝18喷射該流體。 ^傾斜特徵件17亦可由於離心力之方向增加流體流動之 、羊H可增加自該轉子端環15至該流體之孰轉移之 =率。因為該離心力將具有—轴向速度分量，戶斤以在該端 附加該傾斜特徵件17可增強該流體流動。此 、、古體速/小抓體缚膜厚度且可増加橫跨該端環之表面之 抓體速度，因此增加熱轉移速率， 繞組賴失。 I⑽料化該機械中之 期望傾斜度可係任何角度Ν，其中_相對於水平線之0 158267.doc 201225491 與90之間之一數字。舉例而言，該傾斜特徵件可係大約1 度、2度、3度、5度、7度、1()度、12度、15度、2()度、25 度、30度、35度、4〇度、45度、5G度、6〇度、7()度或大約 80度或更大或更小。 在一些例子中’傾斜表面可實質上光滑。或者，可併入 任何數目個額外表面特徵件，該等特徵件可進—步增加暴 露於該流體之表面積，可進一步增強該轉子之表面上之流 體流動速率，及/或可有助於引導該轉子端環上之流體流 動朝向該定子。 IV.用導電密封件密封機械轴 圖8展不一電機機械之導電軸密封件以及可存在於由一 AC換流器驅動之電機機械中之同極磁通路經。此等磁通 路徑可在一韓子 ^ _ 一疋子5及一外殼4之間產生循環電流 右β亥轉子不與該定子及/或該外殼電絕緣，則此等電 &可流過該等機械軸承7， 1 ，、右該4軸承係金屬或導電 的0 该專軸承可係金屬滾動元件軸承（諸 接觸=轴承，且該等電流43可流過該等軸承之滚動 線接觸件/動接觸件可係小表面積接觸件(諸如點或 ，、中兩電流密度可發生且電弧可在該等軸 座圈31、32上產生凹坑。 在以軸承 當該等滾珠或滾柱以高逮滾

«之間之_觸件可係二 === 合該高電流密度可造成該轴承每次旋轉時多次發生電I 158267.doc 201225491 且最終可造成該等轴承今由成奸 ^ 成材科之表面上之破壞性凹坑。 口亥轴承總成之表面上之凹妨〇Γ iM* λα ^ _ 凹坑T導致轴承失效且可實質上縮 短该專機械軸承之壽命。 對於此問題之傳統料方案包含使用特定電絕缘轴承， 諸如具有陶竞滚動元件之轴承或該機械轴η、内袖承座圏 32或外轴承顧31上之電絕緣n等解決方案可係昂貴 的及/或不可靠的。 根據本發明之一實施例，具有—内部流體注入系統之機 械可要求關於該機械仙之一密封方法以阻止自該機械之 流體浅漏。可藉由使用一接觸密封件13實現此，該接觸密 封件13可阻止流體在該機械幸⑷與該外殼斗之間之介面户 離開該機械。在-些實施例中，該接觸密封件可接觸該^ 殼及/或該機械軸。若該接觸密封件13由一導電材料製 成’則該㈣件亦提供該機械軸u與料殼4 連接。 寬 此新顆密封方法可提供用於使電流流過該等導電軸密封 件13之-替代路徑，因此可介紹對於循環電流㈣題之一 解決方案。該密封件13可具有比該等轴承更大的表面積接 觸’因此’該循環電流43大多數可流過該密封件13。因 此，當該等軸承與該等軸承座圈間歇接觸時，在該等軸 與該等座圈之間可不發生電弧，因為該密封件可提供用於 §玄循環電流4 3之一替代路徑。 在一些實施例中，可選擇用於該接觸密封件之材 其具有一高導電率。在一些實施例中，該接觸密封件可由 158267.doc •42- 201225491 比經選擇用於該軸承及/或該等轴承 導電率之一材料形成.。舉例而令，—之材枓具有更大 一第-導電㈣，且-轴承7騎—右第~=密封㈣具有 可大於E2。因此，該循環電流43較佳可法、電率&，則E1 13而不流過該軸承7'然而，在—些實：：：接觸密封件 流過該接觸密封件而不流過該轴’對於較佳 祆之S亥循環電流，E1可；κ “大於Ε2,因為該密封件可具有相對於該轴承之表面： 接觸件(其可實質上係一點或線接觸件)之 觸件。該密封件之較大表面積接觸件可造成該密封件2 機械t操作，承及/或軸承座 :、：m—些實例可— η,人 墨、碳、銀'金、鐵、鋼 或任何&金、混合物或其等之組合。該接觸密封件可㈣ 鍍、金屬包覆或包含各種材料（包含基本金屬）之層或組 件。遠接觸密封件可由任何塑膠或彈性體（諸如聚四氣乙 婦）形成且可用導電材料填充或部分填充。該接觸密封件 I形成自（或可包含）一基本金屬、任何其他導電材料或其 %之任何組合。 藉由使"電接觸密封件13，可阻止或減小循環電流 43橫跨該軸承7流動且可允許使用更多具有成本效益的習 知金屬軸承’而；^會發生由於電孤在該等軸承座圈^、^ 上發生之凹坑引起之過早軸承失效之問題。因此，藉由提 供可用於阻止流體自該外殼茂漏之一密封件，且藉由使用 158267.doc -43- 201225491 用於此密封件之一導電耔 等罨材枓，習知具有成本效益的金屬軸 承可可靠地用在一電機機械中。 ν·作為熱交換器之集氣箱 圖1提供根據本發明之—每 之貫施例之一電機機械之一實 例0該電機機械可包含—汽 巟體注入系統且可提供該機械内 之各種流體流動路徑。锋、、Α 該机體可用於冷卻及/或潤滑該電 機機械。可透過來自与·拖 Μ機械之熱源之熱轉移增加流體溫 度’之後该流體可收隼在兮 果在忒機械之基座處，此處該流體可 被果抽出至-外部遠端熱交換器，諸如圖4中展示。 如圖【中展示，該電機機械内之流體可向下流動且收集 在一集氣箱如。因為可存在收集在該集氣箱22中之一流 體體積’且在該流體離開該機械之前亦可存在—些時間延 遲’所以在此位置處可存在移除來自該流體之熱之一機 會。因此’該集氣箱亦可作用為一整合局部熱交換器。 外圖1展示根據本發明之一實施例之—電機機械之一集氣 车目22。可藉由將冷卻鰭片23應用於該集氣箱22實現埶移 除，其可在該流體離開該箱之前提供對該流體之額=卜冷 卻。在-些實施例中，-或多個外部散熱片亦可應用㈣ 集氣箱之外表面。或者，構成該集氣箱之冷料片及/或 其他特徵件可造成該集氣箱之外部作用為一散熱片。該等 冷卻鰭片及/或散熱片可具有可增加該集氣箱之該外表面 上之表面積及/或增強自該集氣箱之熱轉移之任何組雜。 該等冷卻鰭片及/或散熱片可由具有高導熱率之一材料形 成0 -44 - 158267.doc 201225491 在一些貫施例中，熱可自該等冷卻結片及 動消散。在其他實施例中， 或散熱片被 =冷—散熱,：:::=吹 主動冷卻。在兑他眘# ^ ^ 礼體以有助於 隹八他霄細例令’另一 及/或散熱片之表面卜治叙 隹〃亥專冷郃鰭片 机動，在該集氣箱之任何外，“ ::’或流過該集氣箱之任何部分，無論此流體 =態形式。在一風扇、系、_或產生體厂:有： =器件或任何其他主動冷卻機構幫助下，該另一: ::動通過該等冷卻表面。該另一流體可經穿隨作為一 =熱交換器之部分及/或作為另一遠端熱轉移系統之部 > °亥集軋相可用作為一氣體至氣體熱 父換器、液體至氣體熱交換器、氣體至液體熱交換器、液 體至液體熱交換器或任何其他類型或組態的熱交換器。 根據本發明之一些實施例，該集氣箱可具有一出口埠 46，如圖1中展示。纟其他實施例中，可設置多個出口 埠。或者，可不設置出口埠且該流體可在該電機機械内再 循裒°亥集氣相可經塑形以朝向一或多個出口傾倒該流 體。舉例而言，該箱之底面可傾斜以允許流體朝向該出口 排出。該流體在重力、壓力差、離心力或任何其他力驅動 下可離開該出口。 因為該集氣箱22可作用以收集一冷卻流體體積（明確言 之’若使用一液體冷卻劑）’所以在該流體進入該箱22之 時間與該流體離開該箱22之時間之間可存在一時間延遲。 在—些例子中，該箱可充當一流體儲集器，使得一流體體 158267.doc •45- 201225491 積在離開該箱之前可收集在該箱内。可調節該系統中之流 體位準使得-流體體積可持續離開或收集在該箱内。流體 可以任何速率進入該箱且可以任何速率離開該箱，使得流 體可以實質上相同或不同速率進入且離開該箱。在一些例 子中，流體可連續離開該箱’而在其他例子中，流體可收 集在該箱内達一段時間且接著以各種速率或間隔離開。因 此，可收集在該集氣箱内之該流體在離開該集氣箱之前可 冷卻。 在-些實施例中，該流體可收集在該集氣箱内之時間在 流體泵抽出至該熱轉移系統之其餘部分之前可用於預冷卻 該流體’諸如圖4中展示。圖4展示可包含與一再循縣25 流體連通之-集氣箱之一電機機械24。預冷卻該集氣箱内 之該流體可有利減小用於一電機機械之—流體循環系統中 之一再循環系之操作溫度要求。在其他實施例中，該流體 可自該電機機械移除且不需要再循環。仍在其他實施例 中，該流體可在該電機機械内再循環且不需要自該機械移 除》 VI·整個流體循環系統 圖4展示根據本發明之—實施例可用於使流體循環流過 :電機機械24之系統之一概要示意圖。—電機機械μ可經 設置使得其與-栗25流體連通。該系可與—單向止回間W 流體連通，該單向止回閥19可與一過遽器⑽體連通，該 過濾器26可與-熱交換器27流體連通。該熱交換器27可與 該電機機械24流體連通以完成流體流動迴路。或者，該泵 158267.doc -46- 201225491 可與單向止回閥丨9流體連通，該單向止回閥19可與一熱 又換器27流體連通，該熱交換器27可與—過渡器26流體連 通。該過渡器26可與該電機機械24流體連通以完成流體流 動迴路。在其他替代實施例中，該流體循環系統之組件可 以任何次序配置在該流體流動迴路中。此外，該等組件之 複數個可包含在該迴路中，及/或該等組件之一或多者可 自該迴路消除。 根據如圖4中展示之一實施例，一流體可通過一入口進 入電機機械24且通過一出口離開該電機機械24。已離開 及電機機械之該流體可通過一泵25，該泵25可驅動流體流 動。該流體可通過一單向止回閥19，該單向止回閥19可允 許流體僅在一個方向上流過該器件且可阻止流體在相反方 向上流動且流回至該電機機械中。該流體在通過一熱交換 器27之前可通過一過濾器26。該熱交換器27較佳可轉移來 自該流體之熱，使得該流體在離開該熱交換器時處於較低 溫度。自該熱交換器27，該流體可進入該電機機械24之入 口。因此，藉由一再循環泵驅動’該流體可在該系統内再 循環。該流體可用於冷卻及/或潤滑該電機機械且在該電 機機械中時可被加熱。可經由一外部熱交換器在該電機機 械外部冷卻該流體，因此可在該流體重新進入該電機機械 之前冷卻該流體。 該栗2 5可係該技術中已知的任何類型系，其可造成—期 望量流體以一期望速率循環流過該系統或可包括任何其他 期望特性。舉例而言，該泵可係一離心、隔膜、齒輪、輪 158267.doc •47· 201225491 ^葉片撓性管線、注入、活塞、漸進式空腔泵、蠕動 或多葉泵或任何其他類型或組態的泵。此外，該泵可經定 位遠離該機械、附接至該機械或包含在該機械内。該聚可 係與該電機機械分開或構成該電機機械之一器件且可由與 X枝械刀開或與该機械相同之任何源供能，及/或該泵可 取得來自該機械之功率。 該：部熱交換器27可係-液體至液體、氣體至氣體或液 體至氣體熱交換器或該技術中已知的任何其他類型的熱交 換器舉例而s，一流體可進入該熱交換器且可轉移熱至 另一流體。該另-流體可係-氣體或-液體。一埶交換器 可具㈣技術中已知的任何形式或組態。在—些例'子= ‘、、、父換态可具有一板型組態。或者，一熱交換器可具有 一殼及管類型組態。 / 了又換器之目的可係提取來自該機械冷卻流體之熱， 以便最終將該熱轉移至周圍空氣或其他流^移除來自該 機械冷卻流體之熱可提供較低機械操作溫度，因此可改良 幾弋可# n此外，§亥機械之較低操作溫度可引起該等定 子轉子導電材料之較低電阻值。此可有效減小該機械中 之電阻損失’其可轉化成改良的機械效率。 A.再循環果迴路，具有作為熱膨脹腔室、氣室及流體 儲集器之機械外殼 圖展示在本發明之一實施例中，一再循環系25可轉移 來自-電機機械24之流體出口之流體、穿過一止回閥⑺、 穿過-過濾器件26、穿過一熱交換器27，接著至該電機機 158267.doc •48- 201225491 械24之流體入口。該再循環泵可驅動該系統内之流體流 動。在-些例子t，可控制該再循環系以改變流體流動速 度、。舉例而言’可藉由控制該再循環泵來增加、降低或維 持流體流動速度。因此，可基於可受控再循環泵改變及/ 或維持流體流動速度。流體流動速度可影響提供至該電機 機械之熱轉移之速率。在此再循環熱轉移迴路中’如圖！ 展不之該機械外殼4可充當用於再循環流體之_熱膨脹腔 室、氣室及/或儲集器。 圖1展示根據本發明之-實施狀—電機機械。含有流 體之電機機械通常可組態為一流體循環系統中之一開放迴 路（對大氣開放）或-閉合迴路（對大氣閉合）。閉合迴路機 械組態通常可需要—分開膨脹腔室以阻止由於循環流體之 熱膨脹引起的自該系統之流體洩漏。 根據本發明之一實施例之一部分流體填充機械可允許該 機械外殼4作用為一熱膨脹腔室且該機械外殼4之該主要内 部空腔37充當-氣室，增加-或多個壓力均衡特徵件至該 機械。該等壓力均衡特徵件可包含壓力均衡器件28，如下 文更詳細描述。此方法可允許使用—閉合迴路流體循環系 統，而不需要外部膨脹腔室或流體儲集器。當自該機械外 殼4内壓力增加或降低時，使用一壓力均衡器件可允許該 機械及流體循環系統内之壓力均衡，因此可有助於阻止自 該糸統之流體茂漏。 當該系統溫度上升時，該機械内之該流體溫度可增加且 膨脹，造成該機械内之壓力增加。為均衡該機械内之壓 158267.doc •49· 201225491 力’該機械外殼可包含一壓力均衡器件28，諸如一閥門、 活塞、燒結金屬孔或可膨脹囊袋。該壓力均衡器件可允許 該機械外殼作用為一熱膨服腔室及氣室，當該機械内之該 流體之溫度變化時，其均衡該流體密封機械内之壓力。壓 力均衡可保持該機械外殼内之壓力在一預定範圍内。在一 些實施例中，該預定範圍可係小於或等於及/或大於或等 於一或多個臨限壓力之任何壓力。在一些例子中，一臨限 壓力可係一周圍壓力。因此，—壓力均衡器件28可設置在 該電機機械24上以允許壓力均衡，同時仍維持該流體密封 機殼之完整性。較佳地，一或多個壓力均衡器件可定位在 合適有利於此壓力均衡之該機械外殼上之任何地方。 根據本發明之一實施例之一部分流體填充機械可允許該 機械外殼作用為該流體儲集器。在一些實施例中，該電機 機械可具有一或多個流體位準器件48，該等流體位準器件 48可允許一使用者或檢驗員判定該機械外殼内部之流體位 準。該流體位準器件可係任何類型的實體、機械、電、電 子、光學、氣動、超聲波或射頻器件或其等之任何組合或 a亥技術中已知的或稍後發展的任何其他類型或組態的感 測、測量或指示器# ’使得該器件可提供關於該機械内之 流體位準之回饋至該使用者或檢驗員。 在一些實施例令，該電機機械可具有一或多個透明窗， 該等透明窗可提供關於該機械内之流體位準之視覺回饋。 該窗可使能一使用者或檢驗員看到該電機機械内且判定内 部的流體位準。該窗可由一透明材料形成且仍可允許該電 158267.doc .50· 201225491 機機械外殼維持一流體密封 f機冗又。该窗可係任何形狀或大 小且可使能-使用者或檢驗員衫該機械内之流體位準或 流體位準之範圍。一或客^ 一 個1可放置在與判定該機械外殼 内之期望流體位準一致之—a @上 之位置處之該電機機械之一或多 個側面上。一或多個窗亦 J放置在該集氣箱上或附近以看 到該集氣箱内之流體位準， μ "亥集乱相亦可作用為該流體儲 集益之部分。 Β·流體密封機殼 ±广展一示根據本發明之-實施例之-流體密封機械機 *為實體庄入系統，—機械外殼4可係一密封機 -又其中違等外殼特徵件密封在所有接點及接面處以阻止 自該機械之内部流體m _流體密封構建之使用通常 可不需要用於f知機械，但可係用於流體注人機械設計之 一重要特徵件。 费封件可引人在-可移除端蓋38與外殼4之間、用於功 率接觸件之介電絕緣體39與該端蓋38之間、功率接觸件4〇 與該等介電絕緣體39之間及-旋轉機械軸⑽該端蓋職 外殼4之間。 用於流體注人器喷嘴9之安裝硬體可經存取且自該機械 之外部安t ’因此密封件亦可實施在該等注人器噴嘴與機 械外忒4及端蓋38之間之位置47處，以禁止流體流至該注 入器喷嘴安裝硬體位置且以阻止通過硬體介面之流體洩 漏。該流體注入器安裝硬體可自該機械之外部安裝以阻止 在一緊固件鬆動情況下對該機械内之旋轉組件之損害。在 158267.doc -51- 201225491 此設計實施例中，若一緊固件脱離，則其可一直在該_ 之外部上，遠離該等内部旋轉組件。 該密封外殼4可容納内部流體由於溫度變化之熱膨脹。 麼力均衡之-方法可用於阻止該機械内部之愿力由於流體 熱膨脹變得過度。密封外殼設計可併入一壓力均衡器件 28 ’該壓力均衡器件28可允許產力均衡且可阻止由於增加

的壓力自該機械之流體演漏。較低虔力可對該轴密封件U 要求較低且可允許使用一成本有效、較低密封壓力、標準 軸密封件。 為簡化至該流體流動迴路之介面，該密封外殼可特徵化 一流體分配歧管42及集氣箱22，如圖1中展示，其中可實 現至該機械之-單-流體入口41及自該機械之一單—流體 出口 46。或者’可設置任何數目個流體入口或出口。該歧 管42可允許具有一内部氣室之一單_流體入口連接，其可 分配流體至該機械内之一或多個流體流動通道。類似地， 該集氣箱22可用於收集通過排氣通道2〇及21離開該機械内 之該等流體流動通道之流體。在流體通過一單一出口埠粍 離開該機械之前，該集氣箱22可提供該箱内之一流體體積 之收集。 從前述應瞭解雖然已繪示且描述特定實施，但可對其等 做出各種修改且本文考慮該等修改。本發明並不意欲受說 明書中提供的特定實例限制。雖然已參考前面提到的說明 書描述本發明，但本文之較佳實施例之描述及繪示並不意 味著限制意義。此外，應瞭解本發明之所有態樣並不限制 158267.doc -52- 201225491 於取決於各種條件及改變之本文闡述的特定描繪、組熊戋 相關部分。熟習此項技術者將暸解本發明之實施例之形式 及細節之各種修改。因此應考慮到本發明亦涵蓋任何此等 修改、變化型式及等效物。 【圖式簡單說明】 圖1展示根據本發明之一實施例之一電機機械。 圖1A展示根據本發明之一實施例具有流體流動之—電機 機械之一概要示意圖。 圖1B展示用於根據本發明之一實施例之一電機機械之一 流體分配歧管之一概要示意圖。 圖1C展示可設置在一電機機械内之流體流動路徑之—實 例圖。 圖1D展示可設置在一電機機械内之流體流動路徑之一替 代實例圖。 圖1E展示可設置在一電機機械内之流體流動路徑之一替 代實例圖。 圖2展示根據本發明之一實施例之一軸承流體流動路 徑。 圖2 A展示根據本發明之一實施例之一軸承流體流動路徑 及軸承總成之放大圖。 圖3展示根據本發明之一實施例之一轉子流體流動路 徑。 圖4展示可用於使流體循環流過一電機機械之一系統之 一概要不思圖。 158267.doc -53- 201225491 圖5展示根據本發明之一實施例之一機械軸。 圖6展示根據本發明之一實施例之一流體密封機械機 殼。 圖7展示根據本發明之一實施例之一電機機械之一分解 圖。 圖8展示一電機機械之導電軸密封件以及同極磁通路徑 一概要示 意圖。 【主要元件符號說明】 1 位置 2 位置 3 位置 4 外殼 5 定子總成 6 位置/空腔 7 軸承/軸承總成 8 位置 9 注入器喷嘴 10 位置/間隙/轉子流體流動路徑 11 機械袖/軸/可旋轉軸 12 空腔 13 轴密封件/導電密封件 14 排水通道 15 轉子端環/端環 16 間隙/轉子流體流動路徑 158267.doc •54· 201225491 17 表面/傾斜特徵件 18 定子端阻 19 單向止回閥/止回閥 20 排氣通道 21 排氣通道 22 集氣箱 23 冷卻鰭片 24 電機機械 25 再循環泵 26 過濾器 27 熱交換器 28 壓力均衡器件 29 計量器件 30 外殼孔徑 31 軸承外座圈/外座圈/軸承總成 32 轴承内座圏/内座圈/轴承總成 33 間隙 34 離心泵抽圓盤 35 轉子 36 輪葉 37 内部空腔 38 端蓋 39 介電絕緣體 40 功率接觸件 158267.doc -55- 201225491 41 入口埠 42 流體分配歧管 43 循環電流 45 空腔 46 出口槔 48 流體位準器件 I 第一流體流動路徑 IIA 轉子流體流動路徑 IIB 轉子流體流動路徑 IIIA 軸承流體流動路徑 IIIB 軸承流體流動路徑 158267.doc - 56-

Claims (1)

1. 201225491 七、申請專利範圍： 可旋轉轴且由一或多個軸承支 1. 一種電機機械，其包括： 一轉子’其固定於一 撐； -定子’其相對於該可旋轉轉子及可旋轉軸為固定， 該轉子與該定子之間具有一間隙； 一外殼，其包圍該機械之全部或部分；及 該機械内之複數個流體流動通道，其中該等流體流動 通道包含： 一或多個定子流體流動路徑，其在該定子與該外殻 之間； 一或多個轉子流體流動路徑，其沿該可旋轉軸朝向 該轉子及該定子；及 一或多個軸承流體流動路徑’其接觸至少一軸承。 2.如請求項1之電機機械，其中一定子流體流動路徑包括 該外殼之内表面上之一圓周或周邊凹槽，其中該凹槽形 成該定子之一外表面與該外殼之一内表面之間之一空 腔。 3. 如請求項2之電機機械，其中引導一流體圓周地或周邊 地圍繞該定子流過該定子之該外表面與該外殼之該内表 面之間之該空腔。 4. 如請求項3之電機機械，其中該流體直接接觸該定子之 該外表面。 5. 如請求項1之電機機械，其中一轉子流體流動路徑包括 158267.doc 201225491 一流體注入器噴嘴，其中該注入器噴嘴包圍誃 ^1旋轉軸 且形成該注入器噴嘴與該軸之間之一間隙。 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 如請求項5之電機機械，其中引導—流體 ® 。亥可旋轉軸 流過該注入器喷嘴與該軸之間之該間隙朝向該轉子。 如請求項6之電機機械，其中該流體通過該注入器噴嘴 與該轉子之一表面之間之一間隙離開該注入器噴背 如請求項7之電機機械，其中引導離開該注入器噴嘴 該流體在該轉子之表面上流動，接著在該轉 *之 〈一端環 上及周圍流動，接著藉由離心力流向該定子。 如請求項1之電機機械，其中至少—流體 -接面…該流趙流動通道分岔成用《接觸；：= 一軸承流體流動路徑及用以接觸該轉子之一轉子流體流 動路徑。 机 /；'L 如請求項9之電機機械，其進一步包括該軸承流體流動 路徑與該轉子流體流動路捏之間之—計量器件，其中1 計量器件經組態以判定流動以接觸該軸承之流體^流= 以接觸該轉子之流體之相對量。 如凊求項1之電機機械，其中該外殼之全部或部分被流 體密封’使得流體除了在經指定的人口#及出口淳處之 外無法進入或離開該機械。 一種用於冷卻及潤滑一電機機械之方法，其包括： 提供一轉子，該轉子固定於一可旋轉軸； 提供一定子，該定子相對於該可旋轉轉子及可旋轉軸 為固定’且該轉子與該定子之間具有一間隙； 158267.doc 201225491 提供一外殼，該外殼包圍該機械之全部或部分；及 在該機械内提供複數個流體流動通道，其中該等流體 流動通道包含： 一或多個定子流體流動路徑，其在該定子與該外殼 之間； • 一或多個轉子流體流動路徑，其沿該可旋轉軸朝向 該轉子及該定子；及 一或多個軸承流體流動路徑，其接觸至少一軸承。 13. 如請求項12之方法，其中一定子流體流動路徑包括在該 外威之内表面上提供一圓周或周邊凹槽，其中該凹槽形 成該定子之一外表面與該外殼之一内表面之間之一空 腔。 14. 如請求項13之方法，其進一步包括使一流體圓周地或周 邊地圍繞該定子流過該定子之該外表面與該外殼之該内 表面之間之該空腔。 15 ·如請求項14之方法，其中該流體直接接觸該定子之該外 表面且允許熱自該定子轉移至該流體’藉此冷卻該定 子。 16.如請求項12之方法，其中〆轉子流體流動路徑包括提供 一流體注入器喷嘴，其中該注入器喷嘴包圍該可旋轉轴 且形成該注入器喷嘴與該軸之間之一間隙。 17‘如請求項16之方法，其進〆少包括使一流體沿該可旋轉 軸流過該注入器喷嘴與該軸之間之該間隙而朝向該轉 子0 158267.doc 201225491 18·如請求項17之方法，其中該流體通過該注入器噴嘴與該 轉子之一表面之間之一間隙離開該注入器喷嘴。 19.如請求項18之方法，#中離開該注入器喷嘴之該流體在 該轉子之表面上流動，接著在該轉子之一端環上及周圍 流動’接著藉由離心力流向該定子。 2〇·如請求項19之方法，其中該流體直接接觸該轉子之該表 面、該轉子之该端環及該定子且允許熱自該轉子轉移至 該流體且自該定子轉移至該流體，藉此冷卻該轉子及該 定子。 21. 如明求項12之方法，其中至少一流體流動通道包括提供 一接面，其中該流體流動通道分岔成用以接觸一軸承之 一軸承流體流動路徑及用以接觸該轉子之一轉子流體流 動路徑。 22. 如請求項21之方法，其進一步包括使一流體流過該軸承 流體流動路徑’其中該流體直接接觸該軸承且流過該軸 承。 23. 如請求項22之方法，其中該流體提供對於該軸承之潤滑 且允許熱自該軸承轉移至該流體，藉此冷卻該軸承。 24. 如請求項12之方法，其中該外殼之全部或部分被流體密 封’使得流體除了在經指定的入口埠及出口蟬處之外無 法進入或離開該機械。 25. —種電機機械，其包括： 一轉子’其固定於一可旋轉軸且由一或多個袖承支 撐； 158267.doc 201225491 一定子，其相對於該可旋轉轉子及可旋轉轴為固定， 該轉子與該定子之間具有一間隙； 一外殼’其包圍該機械之全部或部分；及 該定子與該外殼之間之一或多個定子流體流動路徑， 其中該定子流體流動路徑包括允許—流體直接接觸該定 子之一外表面之一或多個流體流動通道。 26. 27. 28. 29. 30. 31. 如請求項25之電機機械，其中該定子流體流動路徑包括 該外殼之内表面上之一或多個圓周或周邊凹槽，其中該 等一或多個凹槽形成該定子之一外表面與該外殼之一内 表面之間之一或多個空腔。 如請求項26之電機機械，其中引導一流體圓周地或周邊 地圍繞該定子流過該定子之該外表面與該外殼之該内表 面之間之該等一或多個空腔。 如凊求項27之電機機械’其中該流體直接接觸該定子之 該外表面。 如請求項25之電機機械’其中該定子流體流動路徑包括 該外殼之該内表面或該定子之該外表面上之一或多個凹 槽或其他表面特徵件，其中該等一或多個凹槽或其他表 面特徵件在該定子之一外表面與該外殼之一内表面之間 沿該定子之長度形成一或多個通道。 如請求項29之電機機械，其中引導一流體沿該定子之長 度流過該定子之該外表面與該外殼之該内表面之間之該 等一或多個通道。 如請求項30之電機機械，其中該流體直接接觸該定子之 158267.doc -5- 201225491 該外表面。 其中該等一或多個通道允許該 32.如請求項30之電機機械，其中該 其中離開該定子之邊緣處之該

   體流動通道之表面積之一或多個特徵件。 其中該外殼之該内表面包含引 流體離開該定子之邊緣處之通道。 33.如請求項32之電機機械，其中雜 35.如請求項25之電機機械， 導流體圍繞或沿該定子表面流動或增加該等一或多個流 體流動通道之表面積之一或多個特徵件。 36.如請求項25之電機機械，其中該外殼之全部或部分被流 體密封’使得流體在除了經指定的入口埠及出口蜂之外 無法進入或離開該機械。 3 7. —種用於冷卻一電機機械之方法，其包括： 提供一轉子’該轉子固定於一可旋轉軸； 提供一定子，該定子相對於該可旋轉轉子及可旋轉軸 為固定，該轉子與該定子之間具有一間隙； 提供一外殼’該外殼包圍該機械之全部或部分. 提供該定子與該外殼之間之一或多個定子流體流動路 徑，其中該定子流體流動路徑包括允許一流體直接接觸 該定子之一或多個流體流動通道；及 使一流體在該定子與該外殼之間之一或多個通道中流 動’使得該流體直接接觸該定子且允許熱自該定子轉移 158267.doc -6 - 201225491 至該流體，藉此冷卻該定子。 3 8.如請求項37之方法，其中該定子流體流動路徑包括在該 外殼之該内表面上提供一或多個圓周或周邊凹槽，其中 該等一或多個凹槽形成該定子之一外表面與該外殼之一 . 内表面之間之一或多個空腔。 • 39.如請求項38之方法，其進一少包括使一流體圓周地或周 邊地圍繞該定子流過該定子之該外表面與該外殼之該内 表面之間之該等一或多個空腔。 40. 如請求項37之方法，其中一定子流體流動路徑包括在該 外殼之該内表面或該定子之外表面上提供一或多個凹槽 或其他表面特徵件，其中該等一或多個凹槽或其他表面 特徵件在該定子之一外表面與該外殼之一内表面之間沿 6玄定子之長度形成一或多個通道。 41. 如請求項40之方法，其進一步包括使一流體沿該定子之 長度流過該定子之該外表面與該外殼之該内表面之間之 s亥等一或多個通道。 42. 如請求項41之方法，其.中該等一或多個通道允許該流體 離開該定子之邊緣處之通道。 43. 如請求項42之方法，其中離開該定子之邊緣處之該等一 或多個通道之該流體直接接觸該轉子之一外表面。 44. 如請求項37之方法，其進一步包括提供該定子之該外表 面上之-或多個特徵件’其中該等—或多個特徵件引導 流體圍繞或沿該定子表面流動或增加該等―或多個流體 流動通道之表面積。 158267.doc 201225491 45. 如清求項37之方法，其進一少包括槎供該外殼之該内表 面上之—或多個特徵件，其f該等一或多個特徵件引導 流體圍繞或沿該定子表面流動或增加該等—或多個流體 流動通道之表面積。 46. 如請求項37之方法，其中該外殼之全部或部分被流體密 封’使得流體在除了經指定的入口埠及出口埠之外無法 進入或離開該機械。 158267.doc