專利名稱：具有改進(jìn)的中空軸的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及在發(fā)電機(jī)中使用的轉(zhuǎn)子軸，其中轉(zhuǎn)子軸構(gòu)成為更有效地利用空間。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)是已知的并通常包括隨轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)的主繞組。轉(zhuǎn)子軸被選擇性地驅(qū)動(dòng)以進(jìn) 而驅(qū)動(dòng)鄰近定子的主繞組，并且繞組相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能?，F(xiàn)代發(fā)電機(jī)具有若干額外附件。作為示例，勵(lì)磁轉(zhuǎn)子和永磁體轉(zhuǎn)子也被附連到轉(zhuǎn) 子軸上。而且，整流器組件可與勵(lì)磁轉(zhuǎn)子連通。整理器組件被安裝在中空轉(zhuǎn)子軸內(nèi)，然而， 勵(lì)磁轉(zhuǎn)子通常在轉(zhuǎn)子軸的端部。導(dǎo)線可僅通過圍繞轉(zhuǎn)子軸的端部延伸而從勵(lì)磁轉(zhuǎn)子連通到 整流器組件。在該位置安裝勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的要求提出了非期望的設(shè)計(jì)約束。而且，在轉(zhuǎn)子軸的大小方面已經(jīng)做出讓步。通常，離合器構(gòu)件包括花鍵，花鍵選擇 性地向轉(zhuǎn)子軸傳遞旋轉(zhuǎn)。離合器組件必須能夠滑動(dòng)以使它能夠與驅(qū)動(dòng)輸入接合或分離?；?鍵通常設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸的一端。為了在轉(zhuǎn)子軸的遠(yuǎn)端或近端具有花鍵連接，這導(dǎo)致對(duì)許多設(shè) 計(jì)應(yīng)用來說離合器構(gòu)件要么過長(zhǎng)要么過短。而且，發(fā)電機(jī)通常被設(shè)計(jì)成使得它們經(jīng)常在低于整體組件的第一固有頻率的頻率 下運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，要求增大轉(zhuǎn)子外徑，和減小轉(zhuǎn)子的支撐軸承之間的距離。然而， 包括若干運(yùn)行部件的要求已使實(shí)現(xiàn)這些目的具有難度。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸包括延伸通過第一軸向距離的軸體，該軸體是中空的?；ㄦI齒形成 在中空軸體的內(nèi)孔中。從中空軸體的一個(gè)軸向端到花鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離與軸體的整體 長(zhǎng)度的比率在0.3到0.6之間。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子平衡組件包括安裝在轉(zhuǎn)子軸的外周上的主繞組。轉(zhuǎn)子軸包括軸體， 軸體延伸通過第一軸向距離，并且是中空的?；ㄦI齒形成在軸體的內(nèi)孔上。從軸體的一個(gè) 軸向端到花鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離與第一軸向距離的比率在0. 4到0. 5之間。發(fā)電機(jī)包括定子和安裝到轉(zhuǎn)子軸上以鄰近定子旋轉(zhuǎn)的主繞組。轉(zhuǎn)子軸包括軸體， 軸體延伸通過第一軸向距離，并且是中空的?；ㄦI齒形成在軸體的內(nèi)孔上。從軸體的一端 到花鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離與第一軸向距離的比率在0. 4到0. 5之間。形成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的方法包括以下步驟形成具有內(nèi)孔的大致中空體，和在中間 位置處的內(nèi)孔內(nèi)形成花鍵齒，使得從中空體的一端到所述花鍵齒的遠(yuǎn)端的長(zhǎng)度相對(duì)于大致 中空體的整體長(zhǎng)度的比率在0. 3和0. 6之間。本發(fā)明的這些和其它特征將從下面的說明書和附圖中得到最好的理解，下面是附 圖說明。


圖1是發(fā)電機(jī)的視圖。
圖2是通過圖1發(fā)電機(jī)的截面視圖。圖3A示出了轉(zhuǎn)子軸。圖3B示出了圖3A視圖的細(xì)節(jié)。圖4是轉(zhuǎn)子軸的外部視圖。圖5是發(fā)電機(jī)的端視圖。圖6示出了包含在發(fā)電機(jī)中的離合器構(gòu)件。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了包括定子21的發(fā)電機(jī)20。離合器構(gòu)件22具有選擇性地接合 驅(qū)動(dòng)輸入300上的齒的齒。離合器構(gòu)件22還可被驅(qū)動(dòng)以接合驅(qū)動(dòng)輸入或從驅(qū)動(dòng)輸入上分罔。主繞組部分或芯24在定子20附近旋轉(zhuǎn)。勵(lì)磁轉(zhuǎn)子26和永磁體轉(zhuǎn)子28提供控制 和安全功能，并還與它們各自的定子(未示出)結(jié)合。軸承30和32被設(shè)置在主繞組部分 24的相對(duì)軸向端部。在圖1中用虛線示出驅(qū)動(dòng)輸入300，且示意性地示出撥叉301。撥叉301對(duì)離 合器構(gòu)件22上的凸輪表面起作用使其朝向或遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)輸入300，從而可選擇性地傳遞 驅(qū)動(dòng)。離合器構(gòu)件方面，撥叉和驅(qū)動(dòng)輸入可在本申請(qǐng)的受讓人擁有的、2009年5月6日 提交的、序列號(hào)為12/436159、名稱為“高速發(fā)電機(jī)的分離器軸(Decoupler Shaft for Highspeed Generator)，，的共同未決的專利申請(qǐng)和轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、2009年5月 6日提交的、分配的序列號(hào)為12/436168的、名稱為“帶有減少分離負(fù)載的牙嵌式離合器齒 廓的高速離合器設(shè)計(jì)(Highspeed Clutch Design with Jaw Tooth Profile to Reduce SeparatingLoad)，，中找到。而且，由轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子齒輪在2009年5月6日提交的、 編號(hào)是12/436190、名稱為“發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒輪(Rotor Gearfor a Generator) ”的共同未 決專利申請(qǐng)中公開。該轉(zhuǎn)子齒輪幫助驅(qū)動(dòng)油泵以將油傳送到發(fā)電機(jī)內(nèi)的部件。而且，永磁 體轉(zhuǎn)子以如下公開的方式連接到轉(zhuǎn)子軸上，但該方式將進(jìn)一步在2009年5月6日提交的、 序列號(hào)是12/436164、名稱為“高速發(fā)電機(jī)中永磁體轉(zhuǎn)子的軸向保持(Axial Retention of Permanent Magnet Rotor in High SpeedGenerator) ” 的共同未決專利申請(qǐng)中詳細(xì)公開。圖2示出了安裝在主繞組部分24的每一端上的軸承30和32。繞組37和疊片38 被接收在該主繞組部分24內(nèi)。離合器構(gòu)件22的擴(kuò)大部分54與轉(zhuǎn)子軸42的內(nèi)徑緊配合?；ㄦI52/36支撐內(nèi)徑 軸的相對(duì)端。示意性地示出了整流器組件48，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸42中的孔內(nèi)。元件40是 油分配傳輸管，其提供油以分開軸或離合器構(gòu)件22。此時(shí)油可以被分配到轉(zhuǎn)子軸。如所見， 油管40被接收到離合器構(gòu)件22的內(nèi)徑201內(nèi)?；ㄦI齒52形成在軸42的內(nèi)孔的軸向中間部分上，并與離合器構(gòu)件22上的花鍵齒 36配合。彈簧50向外并對(duì)著輸入軸300偏壓離合器構(gòu)件22。通常，用車床機(jī)械加工棒材使其包括轉(zhuǎn)子軸42的基本形狀。通過一些機(jī)械加工方 法在內(nèi)表面上形成齒52，并且在一個(gè)實(shí)施例中，用拉削操作。然后對(duì)中間構(gòu)件進(jìn)行熱處理和 最終的機(jī)械加工。導(dǎo)線44從勵(lì)磁轉(zhuǎn)子26連通到整流器組件48，并延伸穿過軸42中的槽46。
圖3A是通過軸42的截面視圖。如所示，表面104和106相對(duì)于中間部分105以 較小的直徑形成，中間部分105支撐主繞組部分24。軸承30和32接收在表面104和106 上。示出的槽46包括多個(gè)槽，這些槽周向間隔設(shè)置。如可見的，凸緣102位于從端部111 稍微軸向向內(nèi)。在選擇性地分離發(fā)電機(jī)時(shí)該凸緣將為離合器構(gòu)件34提供止擋。接收離合器構(gòu)件34的軸的端部111與相對(duì)端部110間隔第一距離d0。每個(gè)花鍵 52的端部與端部111間隔第二距離dl?；ㄦI52延伸跨越第三距離d2。潤(rùn)滑孔107沿轉(zhuǎn)子軸42間隔設(shè)置。在一個(gè)實(shí)施例中，距離d0 是 12. 441” (316. OOmm)，距離 dl 是 5. 835” (148. 2mm)， 距離 d2 是.635” (16. Imm)。d0與dl的比率優(yōu)選在.3和.6之間，且更優(yōu)選地在.4和.5之間。dl和d2的比 率優(yōu)選在.1和.125之間。如在圖3b中最佳所示，在端部110，具有螺紋500和引導(dǎo)直徑502。如在前述名稱 為“高速發(fā)電機(jī)中永磁體轉(zhuǎn)子的軸向保持(AxialRetention of Permanent Magnet Rotor in High Speed Generator) ”的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開的那樣，永磁體轉(zhuǎn)子具有與螺紋500配 合的螺紋和在表面502上引導(dǎo)的引導(dǎo)表面。上述申請(qǐng)的這些部分通過引用并入本文。如圖 3B所示，定義到螺紋齒的根部的第一直徑D1，同樣定義到螺紋齒的頂部的第二直徑D2。第 三直徑D3定義為引導(dǎo)表面502的外徑。雖然在圖3b中沒有作為直徑示出，但應(yīng)當(dāng)理解這些 都是直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，直徑Dl在1. 8730” (47. 574mm)和1. 8798”(47. 746mm)之間。 直徑D2在 1. 9294"(49. 007mm)和 1. 9375"(49. 212mm)之間和直徑D3在2· 0165”(51· 219mm) 和2. 0160” (51. 20讓)之間。在實(shí)施例中，Dl與D3的比率在1. 07禾口 1. 08之間。在一個(gè)實(shí)施例中，螺紋的每英寸螺紋數(shù)是20。在永磁體轉(zhuǎn)子上可使用在商標(biāo)名 Spiralok下可獲得的自鎖螺紋。如圖4中所示，槽46周向間隔設(shè)置。這些槽優(yōu)選延伸跨越大于180°的軸42在該 處的圓周。在實(shí)施例中，槽可延伸跨越大于270°。圖5是軸42的端視圖，示出了槽46和穿入軸42的導(dǎo)線44。請(qǐng)注意，為了簡(jiǎn)化圖 示的目的，省略了螺紋500。圖6示出了離合器構(gòu)件22，離合器構(gòu)件22具有位于一端的花鍵36，還具有緊密接 收在端部111內(nèi)的部分54。在相對(duì)端部的齒選擇性地接合在輸入軸300上的齒。在本申請(qǐng)公開和要求包含的轉(zhuǎn)子軸提供以下若干益處包括提供關(guān)于勵(lì)磁轉(zhuǎn)子定 位的自由，和進(jìn)一步允許分開的分離器軸具有的長(zhǎng)度是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)更加優(yōu)化的尺寸。 而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)從所公開的申請(qǐng)中理解許多其它益處。雖然公開了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到，某些變形也落在 本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)當(dāng)研究所附的權(quán)利要求以確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，包括延伸通過第一軸向距離的軸體，該軸體是中空的；和形成在所述軸體的內(nèi)孔上的花鍵齒，從所述軸體的一個(gè)軸向端到所述花鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離與所述第一軸向距離的比率在0.3到0.6之間。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，其中所述軸體形成有凸緣，所述凸緣軸向向內(nèi) 地與所述一個(gè)軸向端隔開，并為待被接收在所述軸體內(nèi)的離合器構(gòu)件提供止擋。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，其中所述花鍵齒的軸向長(zhǎng)度與從所述一個(gè)軸向 端到所述花鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離的比率在0. 1和0. 125之間。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，其中在所述轉(zhuǎn)子軸內(nèi)具有多個(gè)槽，軸向向內(nèi)地 與所述軸體的第二端隔開，所述槽用于允許導(dǎo)線從所述軸體的徑向外部穿至所述軸體的徑 向內(nèi)部，所述槽圍繞所述軸體的中心軸線延伸大于180°。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，其中所述軸體的外周的較大直徑部分用于支撐 發(fā)電機(jī)的主繞組，并且在所述較大直徑部分的每個(gè)軸向側(cè)上具有較小直徑部分，這些較小 直徑部分用于支撐軸承。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，其中從所述軸體的所述一個(gè)軸向端到所述花鍵 齒的所述遠(yuǎn)軸向端的距離與所述第一軸向距離的比率在0. 4和0. 5之間。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，其中螺紋形成在所述軸體的所述遠(yuǎn)軸向端以接 收永磁體轉(zhuǎn)子。
8.用于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子平衡組件，包括安裝在轉(zhuǎn)子軸的外周上的主繞組部分；以及所述轉(zhuǎn)子軸包括軸體，所述軸體延伸通過第一軸向距離，并且是中空的，花鍵齒形成在 所述軸體的內(nèi)孔上，從所述軸體的一個(gè)軸向端到所述花鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離與所述第一 軸向距離的比率在0. 3到0. 6之間。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)電機(jī)，其中支撐軸插入到離合器構(gòu)件中的中空孔內(nèi)，并延伸 超過所述離合器構(gòu)件并朝向所述軸體的第二軸向端。
10.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子平衡組件，其中所述花鍵齒的軸向長(zhǎng)度與從所述一個(gè)軸 向端到所述花鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離的比率在0. 1和0. 125之間。
11.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子平衡組件，其中在所述轉(zhuǎn)子軸內(nèi)具有多個(gè)槽，軸向向內(nèi)地 與所述軸體的第二端隔開，勵(lì)磁轉(zhuǎn)子安裝在所述軸體上，整流器安裝在所述軸體內(nèi)，來自所 述勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的導(dǎo)線連接到所述整流器，并穿過所述槽中的至少一個(gè)，所述槽圍繞所述轉(zhuǎn)子 軸的中心軸線延伸超過180°的周向距離。
12.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子平衡組件，其中所述軸體的外周的較大直徑部分支撐所 述主繞組部分，并且在所述較大直徑部分的每個(gè)軸向側(cè)上具有較小直徑部分，并且這些較 小直徑部分的每一個(gè)都支撐軸承。
13.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子平衡組件，其中從所述軸體的所述一個(gè)軸向端到所述花 鍵齒的所述遠(yuǎn)軸向端的距離與所述第一軸向距離的比率在0. 4和0. 5之間。
14.一種發(fā)電機(jī)，包括定子；主繞組部分，其安裝到轉(zhuǎn)子軸上以鄰近所述定子旋轉(zhuǎn)；以及所述轉(zhuǎn)子軸包括軸體，所述軸體延伸通過第一軸向距離，并且是中空的，花鍵齒形成在 所述軸體的內(nèi)孔上，從所述軸體的一端到所述花鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離與所述第一軸向距 離的比率在0.3到0.6之間。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)電機(jī)，其中支撐軸插入到離合器構(gòu)件中的中空孔內(nèi)，并延 伸超過所述離合器構(gòu)件并朝向所述軸體的第二軸向端。
16.如權(quán)利要求14所述的發(fā)電機(jī)，其中所述花鍵齒的軸向長(zhǎng)度與從所述一端到所述花 鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離的比率在0. 1和0. 125之間。
17.如權(quán)利要求14所述的發(fā)電機(jī)，其中在所述轉(zhuǎn)子軸內(nèi)具有多個(gè)槽，軸向向內(nèi)地與所 述軸體的第二軸向端隔開，勵(lì)磁轉(zhuǎn)子安裝在所述軸體上，整流器安裝在所述軸體內(nèi)，來自所 述勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的導(dǎo)線連接到所述整流器，并穿過所述槽中的至少一個(gè)，所述槽圍繞所述轉(zhuǎn)子 軸的中心軸線延伸超過180°的周向距離。
18.如權(quán)利要求14所述的發(fā)電機(jī)，其中所述軸體的外周的較大直徑部分支撐所述主繞 組，并且在所述較大直徑部分的每個(gè)軸向側(cè)上具有較小直徑部分，并且這些較小直徑部分 的每一個(gè)都支撐軸承。
19.形成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的方法，包括以下步驟(a)形成具有內(nèi)孔的大致中空體；和(b)在中間位置處的所述內(nèi)孔內(nèi)形成花鍵齒，使得從所述中空體的一端到所述花鍵齒 的遠(yuǎn)端的長(zhǎng)度相對(duì)于所述大致中空體的整體長(zhǎng)度的比率在0. 3和0. 6之間。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述花鍵齒通過拉削操作形成。
全文摘要
具有改進(jìn)的中空軸的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。軸體延伸通過第一軸向距離。花鍵齒形成在所述中空軸體的內(nèi)孔中。從所述中空軸體的一端到所述花鍵齒的遠(yuǎn)軸向端的距離與所述軸體的整體長(zhǎng)度的比率在0.3到0.6之間。轉(zhuǎn)子平衡組件、發(fā)電機(jī)、和形成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的方法也被公開和要求保護(hù)。
文檔編號(hào)F16C3/02GK101882822SQ20101017395
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者G·C·小萊默斯, S·R·加農(nóng) 申請(qǐng)人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司