專利名稱：電動(發(fā)電)機(jī)中單層線圈用風(fēng)冷角撐板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(發(fā)電)機(jī)，特別是大型電動(發(fā)電)機(jī)的端圈冷卻技術(shù)。
大型電動(發(fā)電)機(jī)，例如大型發(fā)電機(jī)或電動機(jī)轉(zhuǎn)子的勵磁線圈中的電阻熱限制了通過勵磁線圈產(chǎn)生磁場的電流量。平均電流和隨之而產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度必須保持在低于導(dǎo)致溫度高到足以降低電動(發(fā)電)機(jī)結(jié)構(gòu)性能的數(shù)值。
大型電動(發(fā)電)機(jī)的轉(zhuǎn)子一般由帶有很多縱向狹槽的磁性金屬鍛件構(gòu)成。線棒配置在狹槽內(nèi)以傳導(dǎo)激勵電流。各線棒端部適當(dāng)?shù)赜脤?dǎo)電端圈相互連接以構(gòu)成轉(zhuǎn)子中的磁力線得到有效分配所需要的電流分布圖。
由金屬構(gòu)成的線棒和端圈有一定的非零電阻，因此導(dǎo)致產(chǎn)生電阻熱。
避免線棒和端圈內(nèi)溫度過高的守勢技術(shù)包括增大轉(zhuǎn)子尺寸使之足以消除預(yù)定的電阻功率耗散。這種解決方案需要一臺大型機(jī)器，從而增加了材料、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用。
通常用壓力把冷卻氣體注入線棒內(nèi)的通道來冷卻線棒。在某些這類系統(tǒng)中，線棒被制成許多銅棒的迭層。冷卻氣體被迫向?qū)窍路酵ㄟ^排列在各層內(nèi)的氣體通道在迭層底部轉(zhuǎn)向，然后折回到表面以便再循環(huán)。在其他系統(tǒng)中，冷卻氣體被迫通過線棒中的至少一條縱向通道和金屬熱接觸。
有些機(jī)器在線棒和端圈內(nèi)使用單層導(dǎo)線，采用斜削接頭形成直角拐彎，以便端圈和所需線棒相互連接。在這些部位強(qiáng)度是重要的，因?yàn)樗鼈兂惺軓?qiáng)烈的溫度循環(huán)變化。角撐板銅焊在斜削接頭處，以增加斜削接頭的必要強(qiáng)度。
通過在線棒表面組成縱向氣體通道的辦法提供氣體通道是便利的。該表面由蓋板封閉，以便使氣體保持沿著通道全長方向流動。氣體通道穿過角撐板延伸至端圈是不可能的，因?yàn)檫@實(shí)際上是將角撐板切成兩塊并降低斜削接頭處處于轉(zhuǎn)折點(diǎn)面積的有效加固。因此，通常做法是裝備一種比較精致和昂貴的擋板系統(tǒng)或?qū)Я餮b置將冷卻氣體供給端圈。
本發(fā)明的目的是提供一種能克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷的冷卻電動(發(fā)電)機(jī)轉(zhuǎn)子端圈的技術(shù)。
本發(fā)明的另一目的是為冷卻氣體從線棒的表面通道穿過角撐板到端圈中的表面通道、并不破壞角撐板給予的加固提供連接技術(shù)。
本發(fā)明的再一目的是在電動(發(fā)電)機(jī)的線棒和端圈間提供一條穿過角撐板連接斜削接頭的冷卻劑通道。
簡單地說，本發(fā)明在電動(發(fā)電)機(jī)的轉(zhuǎn)子中提供的裝置包括具有在用端圈加固接頭的角撐板下面通過的形似低位部分的冷卻劑通道。端圈也包括具有在角撐板下的低位部分并在線棒中會合低位部分的冷卻劑通道。角撐板中包括溝槽，一般和在其下通過的低位部分是一致的。角撐板下側(cè)對角的進(jìn)口和出口部分降低冷卻劑在角撐板和兩低位部分間出入流動通道的紊流或湍流。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，連接兩低位部分的對角部分與角撐板中的疊合形狀相匹配，兩者降低流動阻力并增加在適當(dāng)位置銅焊角撐板的有效面積。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了用于部分冷卻電動(發(fā)電)機(jī)的裝置，所述的電動(發(fā)電)機(jī)至少有一根線棒和鄰接于至少一根線棒的至少一端圈。所述冷卻電動(發(fā)電)機(jī)的裝置包括處在至少一根線棒和至少一端圈接合處的接頭，處在線棒的第一平面中的第一溝槽，在第一溝槽內(nèi)用于擋位冷卻劑的第一裝置，處在端圈的第二平面內(nèi)的第二溝槽，在第二溝槽內(nèi)用于擋住冷卻劑的第二裝置，在接頭處第一、二溝槽使冷卻劑交流，一個角撐板，該角撐板和鄰近接頭的線棒的第一部分搭接，角撐板又和鄰近接頭的端圈的第二部分搭接，由此接頭被加強(qiáng)，角撐板包括面對第一、二溝槽的平面，該平面包括第三溝槽，第三溝槽實(shí)質(zhì)上是和第一、二溝槽的對面部分一致的，由此形成一條冷卻劑通過接頭的流動通道，并且使冷卻劑的單向流動有效地冷卻端圈和線棒。
根據(jù)本發(fā)明的特征，提供了用于部分冷卻電動(發(fā)電┗淖爸?，这种稻Eǚ⒌紓┗哂兄遼僖桓甙艉土誚遼僖桓甙艫鬧遼僖輝訊巳?。包括：处灾u遼僖桓甙艉橢遼僖輝訊巳ο嘟淮Φ慕油罰υ諳甙艫牡諞黃矯婺詰牡諞還擋郟詰諞還擋勰謨糜詰滄±淙醇戀牡諞蛔爸?，处栽溗圈的翟滯瞥C婺詰牡詼擋郟詰詼擋勰謨糜詰滄±淙醇戀牡詼爸茫誚油反Φ諞弧⒍擋凼估淙醇兩渙鰨誚油返南甙裟詰牡諞徊劭?，琳V油返畝巳δ詰牡詼劭?，綔\虐宓耐餛矯婧拖甙艏岸巳Φ耐餛矯媸導(dǎo)噬顯諭黃矯孀叭氳諞?、二槽口，綔\虐宕罱恿誚油返南甙艫牡諞徊糠鄭淺虐寤勾罱恿誚油返畝巳Φ牡詼糠鄭紗私油繁患憂浚淺虐灝娑緣諞?、二箵踣碘c矯媯悶矯姘ǖ諶擋郟諞還擋郯ǖ諞壞臀徊糠鄭諞壞臀徊糠執(zhí)詠油反ρ亟淺虐逋庵遼僖桓甙粞由歟詼擋郯ǖ詼臀徊糠鄭詼臀 部分從接頭處沿角撐板外至少一匝端圈延伸，第三溝槽實(shí)際上和第一、二低位部分的面對部分是一致的，第一、二低位部分的深度為角撐板下面流動通道的深度不小于第一、二低位部分外的第一、二溝槽的深度。
通過參考附圖(相同參考號碼標(biāo)示同一部件)閱讀以下說明可以明顯看出本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是本發(fā)明使用的電動(發(fā)電)機(jī)的透視圖(其中部分切去)。
圖2是表示用角撐板增強(qiáng)線棒與端圈間的斜削連接方式的圖1所示電動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的全貌圖。
圖3是按照本發(fā)明實(shí)施例在線棒與端圈間的角撐板和斜削接頭的頂視圖。
圖4是沿圖3中Ⅳ-Ⅳ線切取的剖面圖。
圖5是沿圖3中Ⅴ-Ⅴ線切取的剖面圖。
圖6是按照本發(fā)明的另一實(shí)施例的角撐板和斜削接頭的頂視圖。
本發(fā)明可用于包括例如發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的任何適當(dāng)?shù)碾妱?發(fā)電)機(jī)的轉(zhuǎn)子?？墒蔷唧w地說，本發(fā)明闡述的是電動機(jī)的情況。不用說，本發(fā)明對其他類型的電動(發(fā)電)機(jī)同樣適用。
首先參閱圖1，圖中10一般地表示電動(發(fā)電)機(jī)，例如電動機(jī)。定子12是由圍繞轉(zhuǎn)子14的園柱形周圍的迭片(沒有個別地顯示)構(gòu)成的。轉(zhuǎn)子14包括有從和它的相對兩端軸向伸出的第一、二軸18和20的通用圓柱形轉(zhuǎn)子鍛件16。在某些實(shí)施例中，軸18和20與轉(zhuǎn)子整個地制成轉(zhuǎn)子鍛件16。雖然沒有顯示，軸20可連接驅(qū)動直流發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)子14內(nèi)的磁化導(dǎo)線提供直流電源，而軸18可以和載荷連接。
扣環(huán)22和24配置在轉(zhuǎn)子鍛件16的端部支承端圈上(沒有顯示)以克服由于轉(zhuǎn)子14高速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的離心加速度。這是在某些機(jī)器中的慣例為了保證位置固定、扣環(huán)22采用冷縮配合，冷縮配合是慣用的，因此沒有進(jìn)一步說明的必要。
現(xiàn)在參閱圖2，該圖表示了轉(zhuǎn)子鍛件16的端部26。許多狹槽28(僅顯示一條狹槽)裝有許多線棒30和32，按常規(guī)用鳩尾楔(圖中被移開露出下面零件)將線棒保持在鳩形槽34和36的適當(dāng)位置，線棒30和32慣用銅條。線棒30和32間的絕緣層保證其間的電氣絕緣。在線棒32底平面上的另一絕緣層40保證和下面的線棒(沒有顯示)電氣絕緣。
在線棒32的平面內(nèi)銑出或用其他方法制成冷卻劑通道。在線棒32的頂部的絕緣層38封蓋冷卻劑通道42，形成封閉通道，使冷卻氣體有可能接觸線棒32。利用它從那里去除熱量。開口44，適當(dāng)對準(zhǔn)所有線棒，使冷卻氣體有可能通過冷卻通道42和其他線棒中(沒有顯示)的所有相應(yīng)部分流通。
端圈46在斜削接頭48處和線棒32連接。眾所周知，端圈和線棒各端以在轉(zhuǎn)子鍛件16中產(chǎn)生磁力場理想模式的所需模式相連。端圈互連是如此公知以致在此不需對它們作進(jìn)一步說明。
線棒32和46的相接面形成斜削接頭48導(dǎo)致并必然削弱接頭。在此位置用角撐板50搭接線棒32和端圈46的端部。最好部分切除線棒32和端圈46的端部分別形成槽口52和54，以便角撐板50處于貼平狀態(tài)。角撐板50最好銅焊在線棒32和端圈46的相接面上以提高強(qiáng)度。具有絕緣層58的另一端圈56迭置在端圈46上。端圈56和線棒30可以上述線棒32和端圈46相同的方式連接外加線棒30可配置在狹槽28內(nèi)，但為介紹簡便起見，這里就不多說了。
最好是用連續(xù)的冷卻通道42通過斜削接頭48去冷卻端圈46。但是，這樣一來角撐板50須分為兩塊，從而基本上破壞在那附近形成的加固，這是最不希望有的，因?yàn)橛捎诖颂師嵫h(huán)導(dǎo)致高應(yīng)力。所以按常規(guī)除用角撐板50外，冷卻通道42接在，例如，通向可能吸入冷卻氣體的線棒32邊緣的進(jìn)口通道60的端頭上。如果端圈46需要冷卻，按慣例使用相當(dāng)復(fù)雜和昂貴的導(dǎo)流裝置(沒有顯示)提供冷卻氣流，給那里的冷卻通道(沒有顯示)供應(yīng)冷卻氣體。
現(xiàn)參閱圖3，線棒62和端圈64在斜削接頭66處連接，角撐板68在線棒62和端圈64的端部分別被平放進(jìn)槽口70和72內(nèi)。當(dāng)冷卻劑通道接近角撐板68的進(jìn)口邊緣77時，它連接低位部分76。正如虛線所示，低位部分76在角撐板68下面延伸至斜削接頭66，在那里它連接冷卻劑通道78的低位部分80。通過角撐板68的出口邊緣82以后，向上級84和冷卻劑通道78的其余部分連接低位部分80。角撐板68最好銅焊在線棒62和端圈64的接合面上。
現(xiàn)參閱圖4中的橫截面，可以看出低位部分76為冷卻劑通道74提供低切面以便它在角撐板68不分離成兩塊的條件下可在角撐板68下通過。角撐板68包括其平面上面對線棒62的向上級84，一般和它搭接的一部分低位部分76一致。在圖5的橫截面中可以看出溝槽86連續(xù)延伸和它搭接的部分低位部分80一致。
鄰近冷卻劑通道78的斜削面88減少氣體通過由低位部分76和溝槽86組成的氣流通道的氣流阻力。同樣地，斜削面90減少氣體通過由溝槽86和低位部分80形成的氣流通道的氣流阻力。
現(xiàn)參閱圖6，圖示改進(jìn)型裝置具有減小的氣流阻力和較大的銅焊面積。只有那些對理解本實(shí)施例和前述實(shí)施例間的差別是重要的部分才被識別與描述。
線棒92包括有在角撐板98下面通過的低位部分96的冷卻通道94。低位部分96連接端圈104內(nèi)冷卻劑通道102的低位部分100。對角部分106的存在執(zhí)行兩種功能。第一、氣流拐彎曲線半徑較大時，氣流阻力減小。此外，角撐板98和線棒92及端圈104面對的面積較大，增加角撐板98提供的強(qiáng)度。增加的銅焊面積等于增加的面積108(用加號表示)和減去的面積110(用減號表示)之差。
在參考附圖描述了本發(fā)明的最佳實(shí)施例之后，不用說，本發(fā)明不限于那些具體的實(shí)施例，而且所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，不違反所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的目標(biāo)或精神，可能實(shí)現(xiàn)其中各種改造和改良。
權(quán)利要求
1.用于部分冷卻電動(發(fā)電)機(jī)的設(shè)備，上述類型的電動(發(fā)電)機(jī)具有至少一根線棒和鄰接上述至少一根線棒的至少一匝端圈，包括位于上述至少一根線棒和上述至少一匝端圈接合處的接頭；位于上述線棒的第一平面內(nèi)的第一溝槽；位于上述第一溝槽內(nèi)用于擋住冷卻劑的第一裝置；位于上述端圈的第二表面內(nèi)的第二溝槽；位于上述第二溝槽內(nèi)用于擋住上述冷卻劑的第二裝置；位于上述接頭處連通上述冷卻劑的上述第一、二溝槽；一角撐板；所述角撐板搭接鄰近上述接頭的上述線棒的第一部分的上述角撐板；所述角撐板又搭接鄰近上述接頭的上述端圈的第二部分，利用它加強(qiáng)上述接頭；所述角撐板包含面對上述第一、二溝槽的平面；所述平面包含第三溝槽；而所述第三溝槽事實(shí)上是和上述第一、二溝槽的平面部分一致的，利用它形成上述冷卻劑通過上述接頭的流動通道，利用它冷卻劑的單向向流動有效地冷卻上述端圈和上述線棒。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述至少一根線棒包括鄰近上述接頭的第一槽口;所述至少一匝端圈包括在鄰近上述接頭的第二槽口處;所述角撐板以它的第二平面裝入所述第一、二槽口內(nèi)，事實(shí)上與上述至少一根線棒及至少一匝端圈的平面在同一平面。
3.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述第一溝槽包括第一低位部分;所述第一低位部分從上述接頭、在上述角撐板范圍外、沿上述至少一根線棒延伸，利用它在被上述角撐板和上述線棒限定的那部分上述流動通道的高度等于上述第一溝槽、上述第三溝槽和上述第一低位部分深度之和。所述第二溝槽包括較上述第二溝槽更深的第二低位部分;而所述第二低位部分在上述角撐板范圍外，從上述接頭、沿上述至少一匝端圈延伸，利用它，在被上述角撐板和上述端圈限定的那部分上述流動通道的高度等于上述第二溝槽、上述第三溝槽和上述第二低位部分的深度之和。
4.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征是所述角撐板包括在它端部分別面向上述第一、二低位部分的第一、二斜削部分;而所述第一、二斜削部分對減少冷卻劑通過上述流動通道的流動阻力是有效的。
5.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述角撐板在其端部分別面向上述第一、二溝槽的第一、二斜削部分;而所述第一、二斜削部分對減少冷卻劑出入上述流動通道的流動阻力是有效的。
6.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述至少一根線棒和上述至少一匝端圈的座標(biāo)軸相交于第一斜角;所述第一溝槽包括鄰近上述接頭的第一斜角部分;所述第二溝槽包括鄰近上述接頭的第二斜角部分;所述第一、二斜角部分彼此互交于上述接頭處;所述第一、二斜角部分一起限定上述座標(biāo)軸交叉的對角部分，利用它，上述流動通道減少上述冷卻劑在通過上述流動通道轉(zhuǎn)向時所需的速度。
7.用于部分冷卻電動(發(fā)電)機(jī)的設(shè)備，所述類型的電動(發(fā)電)機(jī)具有至少一根線棒和接近上述至少一根線棒的至少一匝端圈，包括位于上述至少一根線棒和上述至少一匝端圈接合處的接頭;位于上述線棒的第一平面內(nèi)的第一溝槽;位于上述第一溝槽內(nèi)用于擋住冷卻劑的第一裝置;位于上述端圈的第二平面內(nèi)的第二溝槽;位于上述第二溝槽內(nèi)用于擋住上述冷卻劑的第二裝置;在上述接反?，甚r齙諞弧⒍擋凼股鮮隼淙醇兩渙 位于鄰近上述接頭處的上述線棒內(nèi)的第一槽口;位于鄰近上述接頭處的上述端圈內(nèi)的第二槽口;角撐板裝進(jìn)上述第一、二槽口內(nèi)，它的外平面實(shí)際上和上述線棒及上述端圈的外平面在同一平面上;所述角撐板搭接鄰近上述接頭的上述線棒的第一部分;所述角撐板又搭接鄰近上述接頭的上述端圈的第二部分，借以加強(qiáng)上述接頭;所述角撐板包括面對上述第一、二溝槽的平面;所述平面包括第三溝槽;而所述第一溝槽包括第一低位部分;所述第一低位部分從上述接頭處在上述角撐板范圍外，沿上述至少一根線棒延伸;所述第二溝槽包括第二低位部分;所述第二低位部分從上述接頭處在上述角撐板范圍外沿上述至少一匝端圈延伸;所述第三溝槽實(shí)際上是和上述第一、二低位部分面對部分一致的;所述第一、二低位部分的深度是在上述角撐板下面的上述流動通道的深度不小于在上述第一、二低位部分范圍外上述第一、二溝槽的深度。
8.按照權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征是所述角撐板包括在它的端部分別面向上述第一、二低位部分的第一、二斜削部分;而所述第一、二斜削部分對減少冷卻劑通過上述流動通道的流動阻力是有效的。
9.按照權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征是所述至少一根線棒和上述至少一匝端圈的座標(biāo)軸相交于第一斜角;所述第一溝槽包括鄰近上述接頭的第一斜角部分;所述第二溝槽包括鄰近上述接頭的第二斜角部分;所述第一、二斜角部分彼此相交于上述接頭處;所述第一、二斜角部分一起限定和上述座標(biāo)軸交叉的對角部分;利用它，上述流動通道減小上述冷卻劑通過上述流動通道轉(zhuǎn)向時所需要的速度。
全文摘要
電動(發(fā)電)機(jī)中的線棒包括具有在用端圈加強(qiáng)接頭的角撐板下通過的低位部分的冷卻劑通道。端圈也包括具有在角撐板下的低位部分并在線棒中與低位部分會后的冷卻劑通道。角撐板包括位于其上的溝槽，通常和在其下通過的兩低位部分迭合。在角撐板下面的對角的進(jìn)、出口部分減少進(jìn)、出于限定在角撐板與兩低位部分之間的流動通道的冷卻劑的紊流或湍流。
文檔編號H02K9/02GK1034640SQ8810878
公開日1989年8月9日 申請日期1988年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月21日
發(fā)明者克里斯托弗·安東尼·卡明斯基 申請人:通用電氣公司