專利名稱：電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，并且更具體地涉及被構(gòu)造為在相鄰線圈端部之間提供冷卻氣體的轉(zhuǎn)子線圈冷卻結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
諸如渦輪發(fā)電機(jī)等電動(dòng)發(fā)電機(jī)由中空的圓柱形定子和圓柱形轉(zhuǎn)子構(gòu)成，該圓柱形轉(zhuǎn)子的直徑略小于與該定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙同心設(shè)置的中空部分的直徑。在定子和轉(zhuǎn)子中，均沿鐵芯槽的軸向設(shè)置有導(dǎo)電條，也就是所謂的銅線圈等等。當(dāng)激勵(lì)轉(zhuǎn)子線圈的同時(shí)使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在定子側(cè)感應(yīng)出電流。
此時(shí)，由于因電損耗等因素在定子和轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生高熱量，所以需要專門的冷卻。通過(guò)例如在轉(zhuǎn)子中設(shè)置風(fēng)扇，以便將冷卻氣體提供到電機(jī)中，從而對(duì)定子和轉(zhuǎn)子實(shí)施強(qiáng)制冷卻。特別地，采用旋轉(zhuǎn)離心力作為冷卻氣體的驅(qū)動(dòng)力的轉(zhuǎn)子線圈的冷卻性能是影響發(fā)電機(jī)的性能和構(gòu)造的重要因素。
圖29示出傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子線圈的端部截面圖。圖30示出轉(zhuǎn)子線圈的端部的水平展開(kāi)圖。如圖29和30所示，傳統(tǒng)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在每個(gè)轉(zhuǎn)子線圈10的縱向上具有通風(fēng)槽10A，并且通過(guò)將冷卻氣體A提供穿過(guò)這些槽來(lái)冷卻轉(zhuǎn)子線圈10。
將層疊線匝的轉(zhuǎn)子線圈10裝配在鐵芯30中以預(yù)定間隔在周邊上形成的槽中，從而形成多個(gè)嵌套環(huán)，其中所述鐵芯30與轉(zhuǎn)子軸13一體形成。位于轉(zhuǎn)子鐵芯的端部外側(cè)的轉(zhuǎn)子線圈10的端部10E由抗衡旋轉(zhuǎn)離心力的端環(huán)34和端環(huán)支撐部35保持。如圖29所示，以預(yù)定間隔保持轉(zhuǎn)子線圈10的端部10E，其外側(cè)由端環(huán)34包圍，而圖31所示的間隔片20設(shè)置在每?jī)蓚€(gè)相鄰線圈之間。插入絕緣筒40，以便在轉(zhuǎn)子線圈端部10E的最外端部分和端環(huán)34之間保持電絕緣。
由于用于激勵(lì)的場(chǎng)電流流過(guò)轉(zhuǎn)子線圈10，所以產(chǎn)生電熱，并且線圈溫度升高。除了絕緣筒40之外，還在每個(gè)轉(zhuǎn)子線圈的相鄰層疊線匝之間以及鐵芯槽和轉(zhuǎn)子線圈之間插入絕緣體(未示出)，并且基于絕緣體等的耐熱溫度來(lái)限定溫度上限。
如上所述，冷卻氣體通過(guò)轉(zhuǎn)子軸13和端環(huán)支撐部35之間的氣隙，并且將該冷卻氣體引導(dǎo)到端環(huán)34，并將其一部分從形成在轉(zhuǎn)子線圈10一側(cè)中的通風(fēng)入口引導(dǎo)到每個(gè)轉(zhuǎn)子線圈10中的通風(fēng)通道。被引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子線圈10的通風(fēng)通道的冷卻氣體沿轉(zhuǎn)子線圈10的縱向流過(guò)該通風(fēng)通道，從而冷卻轉(zhuǎn)子線圈10。此后，冷卻氣體通過(guò)鐵芯中的徑向通風(fēng)道14，并將其排放到轉(zhuǎn)子的外周。
除此之外，國(guó)際專利申請(qǐng)No.2000-508508的國(guó)家公開(kāi)中公開(kāi)了一種方法，在該方法中，在線圈本身中不形成通風(fēng)槽，而是在線圈之間所設(shè)置的間隔片的每側(cè)中形成通風(fēng)槽，在轉(zhuǎn)子線圈的內(nèi)周周圍均設(shè)置隔板，從而增強(qiáng)線圈之間的冷卻效果。如圖32所示，每個(gè)隔板在線圈直線部分12和線圈圓形部分11之間的邊界附近具有開(kāi)口，通過(guò)使冷卻氣體沿箭頭所示方向通過(guò)來(lái)執(zhí)行冷卻。
然而，在該冷卻方法中，其中每個(gè)轉(zhuǎn)子線圈具有通風(fēng)槽10A，冷卻氣體沿縱向流過(guò)。因此，冷卻氣體的溫度越靠近下游側(cè)越高，而周邊遠(yuǎn)離磁極中心并且在鐵芯端部附近的線圈之一的溫度高于冷卻氣體的入口10B所在的磁極中心附近的線圈的溫度，如圖30所示。同樣，離轉(zhuǎn)子線圈之一的中心越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)子線圈就越長(zhǎng)。因此，外部線圈的溫度要高于內(nèi)部線圈的溫度，并且極其可能的是，溫度分布沿轉(zhuǎn)子線圈的軸向和周向變得越來(lái)越寬。圖33示出一組溫度分布的實(shí)例。
轉(zhuǎn)子線圈的溫度受到用作線圈間隔片的部件的溫度上限的嚴(yán)格限制。如果線圈局部的溫度偏高，那么即使在其他部分的溫度大大低于該溫度上限時(shí)，也需要限制場(chǎng)電流以及抑制所產(chǎn)生的熱量。因此，不可能啟動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)。同樣地，如果溫度在具有大量線匝的線圈中不同，則會(huì)因轉(zhuǎn)子線圈中的熱膨脹不均衡而導(dǎo)致軸震動(dòng)，從而降低發(fā)電機(jī)的可靠性。
另一方面，在該方法中，即通風(fēng)槽形成在線圈之間所設(shè)置的間隔片的每側(cè)中，并且在轉(zhuǎn)子鐵芯外部的轉(zhuǎn)子線圈下面設(shè)置隔板，從而執(zhí)行線圈之間的冷卻，如國(guó)際專利申請(qǐng)No.2000-508508的國(guó)家公開(kāi)所述，冷卻氣體穿過(guò)間隔片中的通風(fēng)槽的流率低于冷卻氣體穿過(guò)線圈中的通風(fēng)槽的流率，因此冷卻性能較低。并且，該方法需要隔板部件，以及需要人工安裝他們，從而導(dǎo)致成本增加。
通過(guò)層疊多個(gè)線匝來(lái)形成渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈，每個(gè)線匝的厚度通常為幾毫米。由于細(xì)的線匝不能緊密扎緊，也不能相互扎實(shí)，因此它們每個(gè)都會(huì)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間隨溫度升高而發(fā)生熱伸展。為此，如果可能的話，期望間隔片在縱向相同位置與所有線匝接觸。
然而，在國(guó)際專利申請(qǐng)No.2000-508508的國(guó)家公開(kāi)所述的發(fā)明中，在間隔片的每側(cè)中形成了Z字形通風(fēng)槽。因此，與線圈接觸的每個(gè)間隔片的側(cè)表面在縱向上交錯(cuò)且斷斷續(xù)續(xù)。為此，與采用每側(cè)沒(méi)有通風(fēng)槽的平面間隔片的轉(zhuǎn)子相比，國(guó)際專利申請(qǐng)No.2000-508508的國(guó)家公開(kāi)所述技術(shù)中的線圈端部保持力(holding power)較低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷，提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其能夠利用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)充分冷卻轉(zhuǎn)子線圈，而不必設(shè)置例如隔板之類的部件，并且不會(huì)削弱轉(zhuǎn)子線圈端部的線圈保持力。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，在圓柱形轉(zhuǎn)子鐵芯中形成隔開(kāi)的鐵芯槽，具有層疊線匝的轉(zhuǎn)子線圈被裝配到鐵芯槽中，以形成繞轉(zhuǎn)子的磁極的多個(gè)嵌套環(huán)，轉(zhuǎn)子線圈的端部由端環(huán)固定，并且在轉(zhuǎn)子線圈的端部之間的每個(gè)周邊間隙中設(shè)置間隔片，其中每個(gè)間隔片的長(zhǎng)度不超過(guò)相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈的端部處的直線部分的長(zhǎng)度，在與所述相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈的所述端部處的所述直線部分接觸的所述間隔片的兩側(cè)中的至少一側(cè)上、除了位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分以及任意部分以外處形成切口，從而形成冷卻氣體通風(fēng)通道，該冷卻氣體通風(fēng)通道的軸向末端與在轉(zhuǎn)子鐵芯的齒部中形成的通孔相連通，并且該間隔片在用作余下部分的位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分和任意部分處與轉(zhuǎn)子線圈相接觸，以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，在圓柱形轉(zhuǎn)子鐵芯中形成隔開(kāi)的鐵芯槽，具有層疊線匝的轉(zhuǎn)子線圈被裝配到鐵芯槽中，以形成繞轉(zhuǎn)子的磁極的多個(gè)嵌套環(huán)，轉(zhuǎn)子線圈的端部由端環(huán)固定，并且在轉(zhuǎn)子線圈的端部之間的每個(gè)周邊間隙中設(shè)置間隔片，其中每個(gè)間隔片的長(zhǎng)度不超過(guò)相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈的端部處的直性部分的長(zhǎng)度，在與所述相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈的所述端部處的所述直線部分接觸的所述間隔片的兩側(cè)中的至少一側(cè)上、除了位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分以及任意部分以外處形成切口，從而形成冷卻氣體通風(fēng)通道，該冷卻氣體通風(fēng)通道的軸向末端向形成在轉(zhuǎn)子線圈下方的空間彎曲，并且該間隔片在用作余下部分的位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分和任意部分處與轉(zhuǎn)子線圈相接觸，以及在轉(zhuǎn)子鐵芯中形成子槽，該子槽與轉(zhuǎn)子線圈下方形成的空間相連通。
在本發(fā)明中，在插入在轉(zhuǎn)子線圈的端部的導(dǎo)體之間的間隔片的一側(cè)上、除了位于轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分以及任意部分之外處形成切口，從而促進(jìn)冷卻氣體的流動(dòng)。這使得利用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)來(lái)有效冷卻轉(zhuǎn)子變得可能，并且提供了一種不會(huì)削弱轉(zhuǎn)子端部處的線圈保持力的電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯外部的轉(zhuǎn)子線圈和間隔片的位置的平面圖；圖2(A)至2(D)示出用于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的間隔片，圖2(A)是側(cè)視圖，圖2(B)是平面圖，圖2(C)是橫截面圖，圖2(D)是端視圖；圖3是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第一種應(yīng)用的間隔片的截面圖；
圖4(A)至4(C)示出用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第二種應(yīng)用的間隔片，圖4(A)是左側(cè)視圖，圖4(B)是右側(cè)視圖，圖4(C)是橫截面圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例放置的轉(zhuǎn)子線圈和間隔片的截面的視圖；圖6是示出在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的轉(zhuǎn)子鐵芯的端部處的冷卻氣體通孔的視圖；圖7(A)和7(B)示出用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第三種應(yīng)用的間隔片，圖7(A)是側(cè)視圖，圖7(B)是橫截面圖；圖8是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第四種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖9是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第五種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖10是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第六種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖11是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第七種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖12是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第八種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖13是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第九種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖14是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯外部的轉(zhuǎn)子線圈和間隔片的位置的平面圖；圖15(A)至15(C)示出用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)第二實(shí)施例的間隔片，圖15(A)是側(cè)視圖，圖15(B)是平面圖，圖15(C)是橫截面圖；圖16是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第一種應(yīng)用的間隔片的橫截面圖；圖17(A)至17(D)示出用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第二種應(yīng)用的間隔片，圖17(A)是平面圖，圖17(B)是橫截面圖，圖17(C)是前視圖，圖17(D)是后視圖；圖18是示出間隔片放置在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的轉(zhuǎn)子線圈之間的狀態(tài)的截面圖；圖19是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第三種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖20是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第四種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖21是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第五種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖22是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第六種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖23是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第七種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖24是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第八種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖25是用于轉(zhuǎn)子線圈的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第九種應(yīng)用的間隔片的側(cè)視圖；圖26是示出冷卻氣體在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的間隔片中流動(dòng)的側(cè)視圖；圖27是示出流量比和壓降特性的曲線圖，其用作圖26中的冷卻氣體流動(dòng)的冷卻作用的基礎(chǔ)；圖28是示出當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時(shí)在轉(zhuǎn)子線圈的縱向上的溫度分布的曲線圖；圖29是示出傳統(tǒng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的軸向截面圖；圖30是傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子線圈的水平展開(kāi)圖；圖31是示出用于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子線圈的間隔片的透視圖；圖32是示出傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子線圈的透視圖；以及圖33是示出在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子線圈的縱向上的溫度分布的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖來(lái)介紹本發(fā)明的實(shí)施例。
(結(jié)構(gòu))下面將參照?qǐng)D1至圖13來(lái)介紹本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是從上方看到的、在去除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的端部處的端環(huán)和絕緣筒時(shí)的轉(zhuǎn)子線圈10的展開(kāi)圖。在轉(zhuǎn)子線圈10的端部10E處，線圈導(dǎo)體的每相鄰兩個(gè)線圈圓形部分11之間設(shè)置有空間，該線圈圓形部分11位于轉(zhuǎn)子鐵芯30的外部，并且在每相鄰兩個(gè)線圈直線部分12之間設(shè)置一體型間隔片20，該一體型間隔片在圖2(A)至2(D)中具體示出。
如下文具體所述，每個(gè)間隔片20具有兩側(cè)，這兩側(cè)用作線圈接觸部分。在每個(gè)線圈連接部分中縱向形成多個(gè)切口，并且在每個(gè)余下部分中形成連通孔。將間隔片20構(gòu)造為經(jīng)由通風(fēng)通道提供冷卻氣體以及在冷卻之后將氣體提供到形成在鐵芯的齒部中的通孔31中，其中該通風(fēng)通道由切口和連通孔構(gòu)成。應(yīng)該注意到，兩個(gè)通孔31垂直地形成在轉(zhuǎn)子鐵芯30的齒部33中，如圖6所示。
圖2(A)至圖2(D)是示出間隔片的實(shí)例的視圖。圖2(A)是透視圖，圖2(B)是側(cè)視圖，圖2(C)是頂視圖，以及圖2(D)是沿線IV-IV截得且從冷卻氣體的出口所看到的圖2(B)的端視圖。該實(shí)例中的間隔片20具有多個(gè)切口22，這些切口22以預(yù)定間隔縱向形成在與圖1所示的相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈10的直線部分12的側(cè)部相接觸的每個(gè)表面中，也就是兩個(gè)接觸部分21中的每一個(gè)。連通孔23形成在夾在每相鄰兩個(gè)切口22之間的余下部分中。將間隔片20構(gòu)造為通過(guò)切口22和連通孔23來(lái)提供冷卻氣體，如箭頭所示。轉(zhuǎn)子線圈10的端部處的直線部分12和切口22中的冷卻氣體直接交換熱量，并且得到冷卻。在圖2(A)至圖2(D)中的間隔片20的情況下，每個(gè)均夾在相應(yīng)切口22之間的部分21h和位于轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分21a用作余下部分并且構(gòu)成接觸部分21，其中部分21a位于間隔片20側(cè)部的下部，如圖2(A)所示，并且保持相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈10的端部10E處的直線部分12的側(cè)部。
應(yīng)該注意到，間隔片20的形狀不限于圖2(A)至圖2(D)中所示的間隔片形狀，并且間隔片20可以形成圖3或者圖4所示的形狀。圖3示出了僅在一側(cè)具有切口22的間隔片20A，也就是在圖3中的左側(cè)。圖4(A)至4(C)示出間隔片20B，它在右側(cè)和左側(cè)的接觸部分21不對(duì)稱。注意，圖4(A)、圖4(B)和圖4(C)分別是間隔片20B的前視圖、后視圖和右側(cè)視圖。
圖5示出沿切口22截得的圖2(A)至圖2(D)中的間隔片20的徑向截面圖，其中所述間隔片20設(shè)置在相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈10的端部處的直線部分12之間。通過(guò)間隔片20在相應(yīng)線圈10的側(cè)部形成通風(fēng)通道26，該通風(fēng)通道26獨(dú)立于所述相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈10的端部處的直線部分12和轉(zhuǎn)子軸之間的下部空間。
圖6是轉(zhuǎn)子鐵芯30的橫截面圖，其中每個(gè)間隔片20的端面與該轉(zhuǎn)子鐵芯30接觸。在容納轉(zhuǎn)子線圈10的槽32之間的每個(gè)齒部33中，形成用于排放冷卻氣體的通孔31，該通孔31與間隔片20的通風(fēng)通道26相連通并且與轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙相連通。
不必將每個(gè)間隔片的形狀都限制為如上述間隔片20、20A和20B那樣每側(cè)具有一個(gè)通風(fēng)通道26的形狀。每個(gè)間隔片20可以形成為，將徑向向內(nèi)的接觸部分21a和在間隔片20的高度方向上靠近中心的部分21b用作與相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈10的側(cè)部接觸的接觸部分，從而在轉(zhuǎn)子線圈10的直線部分12的側(cè)部形成兩個(gè)水平分開(kāi)的通風(fēng)通道26U和26D，如在圖7(A)、圖7(B)和圖8所示。
圖7(A)和7(B)示出間隔片20C，在該間隔片20C中，切口22被設(shè)置在高度方向靠近中心的直線接觸部分21b分成上部和下部。圖8示出其中接觸部分21b是波浪型的間隔片20D。冷卻氣體的流動(dòng)方向由穿過(guò)兩個(gè)通風(fēng)通道26U和26D的兩個(gè)箭頭A和B來(lái)表示，這兩個(gè)通風(fēng)通道26U和26D沿間隔片20C和20D的每個(gè)的縱向延伸。
圖9示出間隔片20E的實(shí)例，其中，接觸部分21b向下彎曲成如同狗的后腿，也就是，從冷卻氣體的入口開(kāi)始在間隔片20E全長(zhǎng)的四分之一至三分之一處向轉(zhuǎn)子軸彎曲。
在圖9所示的間隔片20E中，將通風(fēng)通道26水平分成通風(fēng)通道26U和26D的接觸部分21b是直線的。在圖10所示間隔片20F的情況下，接觸部分21b是波浪型的。
圖11和圖12每個(gè)都示出一個(gè)這樣的實(shí)例，其中，徑向向內(nèi)的接觸部分21a和斜對(duì)角向下延伸的接觸部分21b進(jìn)一步向內(nèi)延伸，超過(guò)線圈圓形部分11側(cè)的末端的徑向向內(nèi)的接觸部分21a，如同接觸部分21c和21d那樣，比線圈10的內(nèi)周還要進(jìn)一步向內(nèi)伸出。在這種情況下，將通風(fēng)通道26水平分成通風(fēng)通道26U和26D的接觸部分21b可以是直線的，如圖11所示的間隔片20G，也可以是波浪型的，如圖12所示的間隔片20H。
圖13示出一種這樣的結(jié)構(gòu)，其中通過(guò)形成交替地向通風(fēng)通道26伸出的間隔片21I的轉(zhuǎn)子徑向外側(cè)的接觸部分21e和徑向向內(nèi)的接觸部分21a，將相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈10的直線部分12的側(cè)部處的通風(fēng)通道26構(gòu)造為如箭頭A所示那樣彎折。
(作用)置于線圈直線部分12之間的每個(gè)間隔片20、20A、......、20I與在徑向向內(nèi)的接觸部分21a的兩側(cè)處的接觸線圈10相接觸，每個(gè)間隔片20、20A、......、20I都具有在除了徑向向內(nèi)的接觸部分21a之外的側(cè)部上形成的切口，以及使用夾具等將其和線圈10一體形成。該結(jié)構(gòu)可以確保通風(fēng)通道26位于線圈10的直線部分12的側(cè)部，其中該通風(fēng)通道26與在線圈10的端部處的直線部分12和轉(zhuǎn)子軸之間形成的通道分開(kāi)。由于每個(gè)間隔片都是一體型的，所以線圈10之間的橫截面面積減少，并且在線圈10之間流動(dòng)的冷卻氣體的流率增加。同樣地，形成在轉(zhuǎn)子鐵芯30的槽之間的齒部33中的通孔31可以確保冷卻氣體流動(dòng)的出口位于轉(zhuǎn)子線圈10的直線部分12之間。
通過(guò)使得間隔片20不僅在該間隔片20的徑向向內(nèi)的接觸部分21a處接觸線圈10而且還在該間隔片20的高度方向靠近中心的接觸部分21b接觸線圈10，從而可以將每個(gè)線圈10的側(cè)部處的通風(fēng)通道26水平分開(kāi)。同樣地，從線圈圓形部分11側(cè)的末端開(kāi)始、在間隔片20全長(zhǎng)的大約四分之一至三分之一處向下彎折接觸部分21b，這可以在間隔片20的底部表面中設(shè)置冷卻氣體入口。
另外，每個(gè)間隔片20的徑向外側(cè)的接觸表面21e和徑向向內(nèi)的接觸表面21a形成為交替向通風(fēng)通道26伸出，這可以增強(qiáng)間隔片20的保持力。
(效果)如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，與線圈10下面的通道分離的通風(fēng)通道26設(shè)置在使用任一間隔片20至20I的每個(gè)線圈10的側(cè)部。因?yàn)榻邮沼尚D(zhuǎn)離心力引導(dǎo)到徑向外側(cè)的冷卻氣體且該冷卻氣體不返回到線圈10下面的通道，所以可以有效利用冷卻氣體來(lái)冷卻線圈10的側(cè)部。這可以獲得如圖28所示的溫度分布，其優(yōu)于圖33所示傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的溫度分布。同樣地，可以通過(guò)改變每個(gè)間隔片20的接觸部分21的位置來(lái)執(zhí)行均勻的冷卻。
設(shè)置通孔31以將在線圈10之間流動(dòng)的冷卻氣體向轉(zhuǎn)子鐵芯30的齒部33中的氣隙排放，這可以向該氣隙排放在對(duì)線圈10之間冷卻之后而溫度升高的冷卻氣體，而不會(huì)使冷卻氣體流入轉(zhuǎn)子中。該結(jié)構(gòu)對(duì)要求流入到轉(zhuǎn)子中的氣體溫度最小的大型旋轉(zhuǎn)電機(jī)是有益的。
將線圈10側(cè)部的通風(fēng)通道26水平分開(kāi)成兩個(gè)通風(fēng)通道可以減少不均衡性，也就是，限制大量冷卻氣體因離心力而流到徑向外側(cè)，并且可以進(jìn)行均勻的冷卻。通過(guò)將用于將通風(fēng)通道26一分為二的間隔片20的線圈接觸部分21b形成為波浪型，可以軸向改變線圈未被冷卻的線匝位置，并且可以進(jìn)行預(yù)期均勻的冷卻。
將冷卻氣體的入口設(shè)置在每個(gè)間隔片20的底部表面可以更多地利用旋轉(zhuǎn)離心力的效應(yīng)以及增加開(kāi)口面積。相應(yīng)地，入口處的壓降可以減小。將會(huì)接觸到線圈10的接觸部分21a和21b延伸到線圈下面，如接觸部分21c和21d那樣，這是為了增大氣體的吸入。每個(gè)間隔片20的徑向外側(cè)的接觸表面21e和徑向向內(nèi)的接觸表面21a形成為交替地向通風(fēng)通道26伸出，這種結(jié)構(gòu)可以增加接觸到線圈10的面積。其線圈10具有高熱伸縮性的大容量機(jī)器能夠確保冷卻能力和保持力。
(結(jié)構(gòu))下面將參照?qǐng)D14至圖27來(lái)介紹本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖14示出從上方看到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的端部處的轉(zhuǎn)子線圈10的展開(kāi)圖。圖15(A)至圖15(C)所示的一體型間隔片20J設(shè)置在每相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子線圈10的端部處的線圈直線部分12之間，它們位于轉(zhuǎn)子鐵芯30的外部。如圖15(A)所示，間隔片20J具有接觸部分21f，該接觸部分21f將冷卻氣體A彎曲到出口附近的轉(zhuǎn)子徑向內(nèi)部，并且排出冷卻氣體A。在將冷卻氣體A排放到相應(yīng)線圈10和轉(zhuǎn)子軸之間時(shí)，它流入到形成在鐵芯槽部分32下面的子槽32a中。應(yīng)該注意，間隔片20J可以設(shè)置在線圈圓形部分11之間。圖15(A)至圖15(C)中的間隔片20J在接觸相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈10的端部處的直線部分12的一側(cè)的每個(gè)表面中具有切口。然而，每個(gè)間隔片僅在一側(cè)具有切口，如圖16所示的間隔片20K那樣，或者可以具有使得與相應(yīng)線圈10接觸的接觸部分21在右側(cè)和左側(cè)不對(duì)稱的切口，如圖17(A)至圖17(D)所示的間隔片20L那樣?；旧希總€(gè)間隔片僅需要被構(gòu)造為在它的徑向向內(nèi)的接觸部分接觸到相應(yīng)的線圈直線部分12。注意，圖17(A)是平面圖，圖17(B)是橫截面圖，圖17(C)是前視圖，以及圖17(D)是后視圖。
圖18示出圖15(A)至圖15(C)中的間隔片20J置于相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈10的端部處的直線部分12之間的徑向截面圖。通過(guò)間隔片20J在相應(yīng)線圈10的側(cè)部形成通風(fēng)通道26，該通風(fēng)通道26獨(dú)立于形成在相應(yīng)線圈10和轉(zhuǎn)子軸之間的下部空間。
通過(guò)去除間隔片20J的徑向內(nèi)側(cè)的線圈接觸部分21a的一部分，在通風(fēng)通道26中緊接轉(zhuǎn)子鐵芯30的端部的前面形成出口25。該間隔片20J被構(gòu)造為將冷卻氣體排放到比相應(yīng)線圈10的端部的內(nèi)周還要靠?jī)?nèi)的空間，其中該內(nèi)周形成在線圈10和轉(zhuǎn)子軸之間。
注意，每個(gè)間隔片20可以形成為將徑向向內(nèi)的接觸部分21a和在該間隔片20的高度方向上靠近中心的接觸部分21b與線圈10接觸，從而將相應(yīng)線圈10的側(cè)部處的通風(fēng)通道26分開(kāi)。通風(fēng)通道26可以分開(kāi)成使得接觸到相應(yīng)線圈10的接觸部分21b是直線的，如圖19所示的間隔片20M，或者接觸部分21b可以是波浪型的，如圖20所示的間隔片20N，并且冷卻氣體可以從出口25排出。
如圖21所示，間隔片20O可以形成為間隔片20O從線圈圓形部分11側(cè)的末端開(kāi)始的大約四分之一至三分之一沒(méi)有接觸到間隔片20O的底部表面處的相應(yīng)線圈10的直線部分12，并且水平分開(kāi)形成在線圈10的端部10E的側(cè)部處的通風(fēng)通道26的接觸部分21b在四分之一至三分之一的一部分向下斜對(duì)角延伸到間隔片20O的線圈圓形部分11側(cè)的末端的徑向內(nèi)側(cè)。此時(shí)，水平分開(kāi)通風(fēng)通道26的接觸部分21b可以是直線的，如圖21所示，或者也可以是波浪型的，如圖22中所示的間隔片20P。
如圖23所示的間隔片20Q，斜對(duì)角向下延伸的接觸部分21a和21b可以進(jìn)一步向內(nèi)延伸，超過(guò)線圈圓形部分11側(cè)的末端的徑向向內(nèi)的接觸部分21a，如同接觸部分21c和21d那樣，從而伸出到相應(yīng)線圈10的下面。此時(shí)，分開(kāi)通風(fēng)通道26的接觸部分21b可以是直線的，如圖23所示的間隔片20Q那樣，也可以是波浪型的，如圖24所示的間隔片20R那樣。如圖25所示的間隔片20S，可以將會(huì)接觸到圖27中的絕緣筒的徑向向外的接觸部分21e和鐵芯30側(cè)的徑向向內(nèi)的接觸部分21a設(shè)置為交替地向通風(fēng)通道26伸出，并且可以將每個(gè)線圈10的側(cè)部處的通道構(gòu)造成彎曲形狀。
圖26示出轉(zhuǎn)子端部的截面圖，它采用間隔片20Q。圖27是示出從間隔片20J到20S排放的氣體和冷卻氣體(主流)之間關(guān)系的曲線圖。
如圖26所示，從圖26的左側(cè)、沿轉(zhuǎn)子軸流動(dòng)的冷卻氣體流經(jīng)過(guò)設(shè)置在端環(huán)34左端(參照?qǐng)D26)的端環(huán)支撐部35，并且被分成主流C、支流A和B以及從轉(zhuǎn)子軸開(kāi)始向上(參照?qǐng)D26)流動(dòng)的支流，該主流C沿轉(zhuǎn)子軸直線向前流動(dòng)到右側(cè)(參照?qǐng)D26)，支流A和B流過(guò)在間隔片20Q中設(shè)置的通風(fēng)通道26U和26D。
當(dāng)已經(jīng)流過(guò)設(shè)置在間隔片20Q中的通風(fēng)通道26U和26D的支流A和B到達(dá)鐵芯端部時(shí)，它們與沿轉(zhuǎn)子軸流動(dòng)的主流C匯合，然后流入子槽33，該子槽33形成為軸向延伸穿過(guò)鐵芯。在所述支流對(duì)轉(zhuǎn)子鐵芯進(jìn)行冷卻之后，將它們從氣隙排出。
在兩條支流匯合處出現(xiàn)如圖27所示的壓降。更具體而言，假設(shè)主流C是沿轉(zhuǎn)子軸流動(dòng)的氣體流，而支流A和B是流過(guò)間隔片的氣體流，則利用橫坐標(biāo)表示支流和主流之間的流量比、縱坐標(biāo)表示壓降，從而繪制出壓降和流量比之間的關(guān)系。如圖27所示，當(dāng)流量比小時(shí)，壓降為負(fù)，而當(dāng)流量比增加時(shí)，壓降變?yōu)檎?，并且隨之增加。也就是，圖27所示的特性曲線具有正斜率。
通過(guò)在流量比小的區(qū)域利用主流(沿轉(zhuǎn)子軸的冷卻氣體流C)對(duì)支流(通過(guò)間隔片的冷卻氣體流A和B)施加拉動(dòng)作用，從而增強(qiáng)線圈的冷卻效果。
(作用)置于轉(zhuǎn)子線圈10的端部處的線圈直線部分12之間的每個(gè)間隔片20J至20S與在徑向內(nèi)側(cè)處的接觸表面的兩側(cè)的線圈直線部分12相接觸，每個(gè)間隔片20J至20S都具有在除了徑向內(nèi)側(cè)的接觸表面之外的側(cè)部上形成的切口，以及使用夾具等將其和線圈10一體形成。該結(jié)構(gòu)可以確保通風(fēng)通道26位于線圈直線部分12的一側(cè)或者兩側(cè)，其中該通風(fēng)通道26與在線圈直線部分12和軸之間形成的通道分開(kāi)。同樣地，由于每個(gè)間隔片都是一體型的，所以線圈10之間的橫截面面積減少，并且在線圈直線部分12之間流動(dòng)的冷卻氣體的流率增加。另外，通過(guò)形成每個(gè)間隔片20J至20L，可以確保冷卻氣體流動(dòng)的出口位于線圈直線部分12之間，以使得冷卻氣體被排放到緊接在轉(zhuǎn)子鐵芯30的端部的前面的線圈直線部分12下面的空間。
不僅設(shè)置徑向向內(nèi)的接觸部分21a而且還設(shè)置與在間隔片20的高度方向上靠近中心的線圈10相接觸的接觸部分21b，如間隔片20M至20R那樣，這可以在線圈10的側(cè)部將通風(fēng)通道26水平分成兩個(gè)通風(fēng)通道。同樣地，從線圈圓形部分11側(cè)的末端開(kāi)始、在間隔片20O至20R全長(zhǎng)的大約四分之一至三分之一處向下彎折接觸部分21b，這可以在間隔片20的底部表面中設(shè)置冷卻氣體入口。
另外，徑向向外的接觸部分21e和徑向向內(nèi)的接觸部分21a形成為交替向通風(fēng)通道26伸出，如間隔片20S那樣，這可以增強(qiáng)間隔片20的保持力。
(效果)
如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，通風(fēng)通道設(shè)置在使用任一間隔片20J至20S的每個(gè)轉(zhuǎn)子線圈10的端部處的線圈直線部分12的側(cè)部，其中該通風(fēng)通道與在線圈直線部分12和軸之間形成的通道相分離。利用這種結(jié)構(gòu)，接收由旋轉(zhuǎn)離心力引導(dǎo)到徑向外側(cè)的冷卻氣體，并且當(dāng)冷卻氣體流過(guò)線圈直線部分12的側(cè)部時(shí)，可以有效利用該冷卻氣體來(lái)冷卻線圈直線部分12的側(cè)部。這可以獲得優(yōu)于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的溫度分布，如圖28所示。
可以通過(guò)軸向地改變間隔片20J至20S中的每一個(gè)的接觸部分21的位置來(lái)執(zhí)行均勻的冷卻。間隔片20J至20S中的每一個(gè)的形狀可以使冷卻氣體返回到在線圈10的端部和緊接在轉(zhuǎn)子鐵芯30的前面的轉(zhuǎn)子軸之間所形成的通道，并且提供穿過(guò)子槽33冷卻氣體。因此，該結(jié)構(gòu)對(duì)小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)是有益的，例如，其不必在鐵芯30的齒部33中形成通孔31，并且能夠減少成本。
將線圈直線部分12側(cè)部的通風(fēng)通道26水平分成兩個(gè)通風(fēng)通道可以減少不均衡性，也就是，限制大量冷卻氣體因離心力而流到徑向外側(cè)，并且可以進(jìn)行均勻的冷卻。通過(guò)將用于將通風(fēng)通道26一分為二的間隔片20的線圈接觸部分21b形成為波浪型，可以進(jìn)一步軸向改變線圈未被冷卻的線匝位置，并且可以進(jìn)行預(yù)期均勻的冷卻。
將間隔片20O至20S中的每一個(gè)的冷卻氣體的入口設(shè)置在線圈10的端部和旋轉(zhuǎn)軸之間，這可以更多利用旋轉(zhuǎn)離心力的效應(yīng)以及增加開(kāi)口面積。相應(yīng)地，入口處的壓降可以減小。將接觸到線圈10的端部處的直線部分12的接觸部分21延伸到線圈下面，如同接觸部分21c和21d那樣，這是為了增大氣體的吸入。間隔片20S的徑向外側(cè)的接觸表面和徑向內(nèi)側(cè)的接觸表面形成為交替向通風(fēng)通道26伸出，這種結(jié)構(gòu)可以增加與線圈10的端部處的直線部分12相接觸的接觸面積。其線圈10具有高的熱伸縮性的大容量機(jī)器能夠確保冷卻能力和保持力。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，在圓柱形轉(zhuǎn)子鐵芯中形成隔開(kāi)的鐵芯槽，具有層疊線匝的轉(zhuǎn)子線圈被裝配到所述鐵芯槽中，以形成繞所述轉(zhuǎn)子的磁極的多個(gè)嵌套環(huán)，所述轉(zhuǎn)子線圈的端部由端環(huán)固定，并且在所述轉(zhuǎn)子線圈的所述端部之間的每個(gè)周邊間隙中設(shè)置間隔片，其中每個(gè)間隔片的長(zhǎng)度不超過(guò)所述轉(zhuǎn)子線圈中的相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈的所述端部處的直線部分的長(zhǎng)度，在與所述相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈的所述端部處的所述直線部分接觸的所述間隔片的兩側(cè)中的至少一側(cè)上、除了位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分以及任意部分以外處形成切口，從而形成冷卻氣體通風(fēng)通道，該冷卻氣體通風(fēng)通道的軸向末端與在所述轉(zhuǎn)子鐵芯的齒部中形成的通孔相連通，并且所述間隔片在用作余下部分的位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分和任意部分處與所述轉(zhuǎn)子線圈相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述間隔片具有接觸部分，該接觸部分在位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的位置以及任意位置處的兩側(cè)與所述線圈相接觸，并且所述間隔片在所述側(cè)部中的至少一個(gè)中、除了用于冷卻氣體的通風(fēng)的所述接觸部分之外處具有切口，并且該切口是彎曲的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述間隔片具有延伸部，該延伸部從所述任意位置處的所述接觸部分的末端向下斜對(duì)角延伸到位于所述線圈的彎曲部分側(cè)的末端處的所述轉(zhuǎn)子的徑向上最內(nèi)側(cè)的部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述間隔片具有接觸部分，在位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的位置和任意位置處，所述接觸部分從轉(zhuǎn)子鐵芯側(cè)的末端開(kāi)始、沿每個(gè)所述線圈的所述直線部分的一半以上部分的兩側(cè)與所述線圈相接觸。
5.一種電動(dòng)發(fā)電機(jī)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子。
6.一種電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，在圓柱形轉(zhuǎn)子鐵芯中形成隔開(kāi)的鐵芯槽，具有層疊線匝的轉(zhuǎn)子線圈被裝配到所述鐵芯槽中，以形成繞所述轉(zhuǎn)子的磁極的多個(gè)嵌套環(huán)，所述轉(zhuǎn)子線圈的端部由端環(huán)固定，并且在所述轉(zhuǎn)子線圈的所述端部之間的每個(gè)周邊間隙中設(shè)置間隔片，其中每個(gè)間隔片的長(zhǎng)度不超過(guò)所述轉(zhuǎn)子線圈中的相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈的所述端部處的直線部分的長(zhǎng)度，在與所述相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈的所述端部處的所述直線部分接觸的所述間隔片的兩側(cè)中的至少一側(cè)上、除了位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分以及任意部分以外處形成切口，從而形成冷卻氣體通風(fēng)通道，該冷卻氣體通風(fēng)通道的軸向末端向形成在所述轉(zhuǎn)子線圈下方的空間彎曲，并且所述間隔片在用作余下部分的位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的部分和任意部分處與所述轉(zhuǎn)子線圈相接觸，以及在所述轉(zhuǎn)子鐵芯中形成子槽，該子槽與所述轉(zhuǎn)子線圈下方形成的所述空間相連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述間隔片具有接觸部分，該接觸部分在位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的位置以及任意位置處的兩側(cè)與所述線圈相接觸，并且所述間隔片在所述側(cè)部中的至少一個(gè)中、除了用于冷卻氣體的通風(fēng)的所述接觸部分之外處具有切口，并且該切口是彎曲的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述間隔片具有延伸部，該延伸部從所述任意位置處的所述接觸部分的末端向下斜對(duì)角延伸到位于所述線圈的彎曲部分側(cè)的末端處的所述轉(zhuǎn)子的徑向上最內(nèi)側(cè)的部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述間隔片具有接觸部分，在位于所述轉(zhuǎn)子的徑向向內(nèi)的位置和任意位置處，所述接觸部分從轉(zhuǎn)子鐵芯側(cè)的末端開(kāi)始、沿每個(gè)所述線圈的所述直線部分的一半以上部分的兩側(cè)與所述線圈相接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中在所述間隔片中，接觸部分的所述轉(zhuǎn)子的軸向上的末端延伸到所述線圈的下方。
11.一種電動(dòng)發(fā)電機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其通過(guò)在轉(zhuǎn)子線圈中形成通風(fēng)槽來(lái)有效、均勻地冷卻轉(zhuǎn)子鐵芯外部的轉(zhuǎn)子線圈，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子能夠承受大的場(chǎng)電流并且具有高的可靠性。本發(fā)明提供了一種電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，在圓柱形轉(zhuǎn)子鐵芯30中形成隔開(kāi)的鐵芯槽，具有層疊線匝的轉(zhuǎn)子線圈10被裝配到鐵芯槽中，以形成繞轉(zhuǎn)子的磁極的多個(gè)嵌套環(huán)，轉(zhuǎn)子線圈的端部由端環(huán)固定，并且在轉(zhuǎn)子線圈的端部之間的每個(gè)周邊間隙中設(shè)置間隔體20，其中每個(gè)間隔體20的長(zhǎng)度不超過(guò)相應(yīng)轉(zhuǎn)子線圈10的端部處的直線部分12的長(zhǎng)度，沿該間隔體兩側(cè)中的至少一側(cè)形成用于冷卻氣體通風(fēng)的切口22，在位于轉(zhuǎn)子徑向上的最內(nèi)部位置和任意位置處，該間隔體在間隔體的兩側(cè)與轉(zhuǎn)子線圈相接觸。
文檔編號(hào)H02K9/00GK101064450SQ20071010978
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者谷山賀浩, 加幡安雄, 鹽見(jiàn)英一, 島貫健明, 谷尚治, 阿部省三 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝