專利名稱：轉(zhuǎn)子端部線匝冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型電動設(shè)備如發(fā)電機的設(shè)計，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及風(fēng)冷發(fā)電機帶繞轉(zhuǎn)子繞組端部線匝區(qū)域的一種改進冷卻系統(tǒng)。
由于經(jīng)濟原因，由本發(fā)明受讓人—西屋電氣公司—所生產(chǎn)的這種大型、風(fēng)冷發(fā)電機的設(shè)計要求是功率密度盡可能大，而且制造簡單。
一臺發(fā)電機的功率密度越高，正常運行時在定子和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的熱量也越多，因此，定子及轉(zhuǎn)子繞組的散熱需要，對功率密度水平形成重要約束。
通常，帶繞轉(zhuǎn)子繞組端部線匝區(qū)域很難得到有效冷卻。冷卻端部線匝的一種方法是在位于繞組端部線匝間的玻璃纖維隔層上開設(shè)通風(fēng)槽，這樣從繞組的側(cè)表面散熱。但是，這種通風(fēng)槽的散熱效果是有限的，并且，對于這種功率密度級別的設(shè)備，它所提供的冷卻也達不到設(shè)計人員希望的水平。
顯然，在現(xiàn)有技術(shù)中迫切需要一種改進方法和系統(tǒng)，對發(fā)電機帶繞轉(zhuǎn)子繞組的端部線匝區(qū)域進行冷卻。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進方法和系統(tǒng)，對發(fā)電機帶繞轉(zhuǎn)子繞組的端部線匝區(qū)域進行冷卻。
為達到本發(fā)明的上述和其它目的，電動設(shè)備如發(fā)電機的一種改進繞組包括一個第一個導(dǎo)電線帶；一個第二個導(dǎo)電線帶，它與第一個導(dǎo)電線帶相觸并疊在第一個導(dǎo)電線帶上；一個開于第一個導(dǎo)電線帶上的第一個孔；一個開于第二個導(dǎo)電線帶上的第二個孔；其中，第一個孔與第二個孔相通，并且，第一個孔和第二個孔相互錯開，以使第一個導(dǎo)電線帶的一部分疊在第二個孔上，第二個導(dǎo)電線帶的一部分疊在第一個孔上，從而，形成了能讓冷卻劑貫穿第一和第二級線帶的階梯形通道，階梯形通道與非階梯形通道相比，有更多的表面可與冷卻劑進行熱交換。
根據(jù)本發(fā)明的第二點，電動設(shè)備如發(fā)電機的一種改進轉(zhuǎn)子繞組端部線匝組件包括一個若干個導(dǎo)電線帶的疊層，線帶的疊層和各線帶的構(gòu)成和布置使在電動設(shè)備轉(zhuǎn)子的端部線匝部分換向；一個開于線帶疊層中供冷卻劑流通的階梯形通道，這個階梯形通道由若干個分別開于各線帶上的孔構(gòu)成，這些孔的定位是使第一個線帶上的第一個孔與相鄰的第二個線帶上的第二個孔相通，并且，第一個孔和第二個孔相互錯開，使第一個線帶的一部分疊在第二個孔上，第二個線帶的一部分疊在第一個孔上，這樣，階梯形通道比非階梯形通道具有更大的表面可供與冷卻劑進行熱交換。根據(jù)本發(fā)明的第三點，電動設(shè)備如發(fā)電機的一種改進轉(zhuǎn)子端部繞組組件包括一個轉(zhuǎn)子軸；一個若干導(dǎo)電線帶的疊層，該線帶疊層有一個端部線匝部分，包括一個頂部線帶、一個底部線帶和若干個疊于頂部和底部線帶之間的中間線帶；一個在轉(zhuǎn)子軸與底部線帶之間限定的空間；這個空間由一塊區(qū)域隔板分成高壓區(qū)域和低壓區(qū)域；和一個位于線帶疊層的冷卻劑通道，這個冷卻劑通道包括一個入口孔，它限定在與高壓區(qū)域相鄰的底部線帶中；若干個分別限定在中間線帶中的上行孔，這些中間線帶限定在上行通道，上行通道通向頂部線帶、并且朝著區(qū)域隔板和低壓區(qū)域方向；一個位于與低壓區(qū)域相鄰的底部線帶上的出口孔；和若干個限定了下行通道的下行孔，下行通道的第一端與上行通道相連，第二端與出口孔相連，借此，冷卻劑可從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域，從而有效地冷卻線帶疊層。
根據(jù)本發(fā)明的第四點，改進冷卻特性后的發(fā)電機組件可達到更高的功率密度，這種發(fā)電機組件包括一個定子；一個安裝于定子中的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子有一個轉(zhuǎn)軸；一個由若干個導(dǎo)電線帶組成的線帶疊層，該線帶疊層有一個端部線匝部分，包括一個頂部線帶、一個底部線帶和若干個疊于頂部和底部線帶之間的中間線帶；一個在轉(zhuǎn)子軸與底部線帶之間限定的空間；這個空間由一塊區(qū)域隔板分成高壓區(qū)域和低壓區(qū)域；和一個限定在線帶疊層的階梯形冷卻劑通道，這個階梯形冷卻劑通道包括一個入口孔，它限定在與高壓區(qū)域相鄰的底部線帶上；若干個交錯的上行孔，它們分別限定在一定的中間線帶中，以限定一個上行通道，上行通道通向頂部線帶、并且朝著區(qū)域隔板和低壓區(qū)域方向；一個位于與低壓區(qū)域相鄰的底部線帶上的出口孔；和若干個交錯的下行孔，其限定了一個下行通道，下行通道的第一端與上行通道相連，第二端與出口孔相連，借此，冷卻劑可從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域，從而有效地冷卻線帶疊層。
本發(fā)明所具有的這些和其它一些優(yōu)點和新穎特性，在此特別提出，并構(gòu)成權(quán)利要求的一部分。然而，為了更好地理解本項發(fā)明、它的優(yōu)點及其使用目的，須對附圖及其所述對象進行說明，附圖也構(gòu)成權(quán)利要求的一部分，所述對象是本發(fā)明的一個有插圖和描述的優(yōu)選實施例。


圖1是一張根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例構(gòu)造的發(fā)電機組件的局部透視圖，圖中一部分是簡圖，其余部分剖開以便圖示清楚。
圖2是圖1所示發(fā)電機部分組件的局部剖面圖。
圖3是圖2中3—3剖面的剖面圖。
參看上述各圖，其中，對應(yīng)結(jié)構(gòu)相同的部分標(biāo)注相同的數(shù)字，首先看圖1，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例構(gòu)造的發(fā)電機組件10包括一個定子組件12和一個轉(zhuǎn)子組件14，轉(zhuǎn)子組件安裝于定子組件12中旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子組件14上的繞組端部線匝區(qū)域包括若干個導(dǎo)電線帶的線帶疊層16，如圖1所示。每個線帶疊層16包括一個頂部線帶18、一個底部線帶20和若干個中間線帶46，它們的詳圖見圖2和圖3。根據(jù)所用繞組形式，相鄰線帶不應(yīng)有電接觸。相鄰線帶可以物理接觸，或有微小間隙和/或中間填充絕緣材料。對于本文來說，認為這種相鄰線帶是“接觸”的。應(yīng)該明白，頂部線帶18和底部線帶20通常分別指最上和最下部的線帶，另外，作為繞組形式，最頂部和最底部線帶在整個端部線匝中物理上不應(yīng)是同一個線帶。
線帶疊層16之間加入隔層22，最好是玻璃纖維，它在轉(zhuǎn)子組件14的軸24旋轉(zhuǎn)過程中起支撐作用。一般在這樣的系統(tǒng)中，在線帶疊層16最頂部線帶18上裝有滑片，線帶疊層16和滑片外裝有護環(huán)26，以在正常運行，轉(zhuǎn)子14高速旋轉(zhuǎn)時，為其端部線匝提供結(jié)構(gòu)防護。
發(fā)電機組件10是風(fēng)冷型的。參考圖3可以看出，在相鄰的導(dǎo)電線帶疊層16之間有玻璃纖維隔層22，隔層中有許多通風(fēng)槽28。通風(fēng)槽28是冷卻的基本通道，冷卻劑可以通過它們對轉(zhuǎn)子組件14的端部線匝部分進行冷卻。但是，對于高功率密度機組來說，這種通風(fēng)槽對發(fā)電機組件10的冷卻能力是不夠的，設(shè)計人員一直想加以改進。因此，本發(fā)明的一個重要方面是在線帶疊層16內(nèi)部增加一個新的通風(fēng)結(jié)構(gòu)30。
現(xiàn)在參看圖2和3，可以看到，在線帶疊層16的底部線帶20和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸24的外部環(huán)形表面之間有一空間38。見圖2，在空間38中，轉(zhuǎn)軸24和底部線帶20之間裝有一塊區(qū)域隔板36，它將空間38分為高壓區(qū)域32和低壓區(qū)域34。在本優(yōu)選實施例中，區(qū)域32和34中的壓力是由于正壓冷卻劑進入高壓區(qū)域32造成的。如圖2所示，在線帶疊層16的線帶中有一組階梯形冷卻劑通道40將高壓區(qū)域32和低壓區(qū)域34連通。見圖2，階梯形冷卻劑通道40包括一個開于鄰近高壓區(qū)域32的底部線帶20上的入口孔44；若干個交錯的上行孔52，它們分別開于若干個中間線帶46中，形成一個通向頂部線帶18并朝著區(qū)域隔板36和低壓區(qū)域34的上行通道42。階梯形冷卻劑通道40還包括一個開于鄰近低壓區(qū)域34的底部線帶20上的出口孔50。下行通道48的第一端與上行通道42相連，第二端與出口孔50相連。下行通道48由若干個交錯的下行孔54構(gòu)成，這些下行孔開于對應(yīng)的中間線帶46上。
由圖2還可以進一步看出，上行孔52和下行孔54的構(gòu)成和布置使其第一個線帶上的第一個孔與相鄰的第二個線帶上的第二個孔相連，并且第一個孔與第二個孔相互錯開，使第一個線帶的一部分疊在第二個孔上，使第二個線帶的一部分疊在第一個孔上。這種“階梯形”或梯級構(gòu)造使得階梯形通道40比非階梯形通道具有更大的表面讓冷卻劑與線帶疊層16進行熱交換。
但是應(yīng)該明白，盡管上面講述了本發(fā)明的許多特點和優(yōu)點，并詳述了其結(jié)構(gòu)和功能，但公開部分只是作了直觀說明，具體細節(jié)可作變化，尤其是在外形、尺寸以及各部件的布置等方面，可以根據(jù)本發(fā)明的原理，在后面權(quán)利要求所提出的范圍內(nèi)作最大限度的變化。
權(quán)利要求
1.一種用于電動設(shè)備如發(fā)電機(10)的改進繞組，包括一個第一導(dǎo)電線帶(46)；與所述第一導(dǎo)電線帶(46)接觸并與之相疊的第二導(dǎo)電線帶(46)；其特征在于開于所述第一導(dǎo)電線帶上的第一個孔(52)；和開于所述第個導(dǎo)電線帶上的第二個孔(52)；其中，所述第二個孔(52)與所述第一個孔相連，所述第一和第二個孔相互交錯，所述第一個導(dǎo)電線帶(46)的一部分疊在所述第二個孔(52)上，所述第二導(dǎo)電線帶一部分疊在所述第一個孔(52)上，這樣，在所述第一和第二個線帶中形成了一個供冷卻劑通過的階梯形通道，所述階梯形通道與非階梯形通道相比，具有更大的表面可與冷卻劑進行熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種繞組，其中所述第一個孔和所述第二個孔具有大體相同的尺寸和形狀。
3.電動設(shè)備如發(fā)電機的一種改進轉(zhuǎn)子繞組端部線匝組件，包括若干個導(dǎo)電線帶的線帶疊層(16)，其構(gòu)造和排列使所述線帶疊層和各線帶在電動設(shè)備轉(zhuǎn)子(14)的端部線匝處換向；其特征在于一個開于所述線帶疊層(16)中供冷卻劑通過的階梯形通道(40)，所述階梯形通道分別由開于所述線帶上的孔組成，所述孔的定位是使第一個線帶(46)上的第一個孔(52)與相鄰的第二個線帶(46)上的第二個孔(52)相通，這樣，所述第一和第二個孔相互錯開，使所述第一個線帶的一部分疊在所述第二個孔上，所述第二個線帶的一部分疊在所述第一個孔上，從而，使所述階梯形通道比非階梯形通道具有更大的表面可供與冷卻劑進行熱交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種轉(zhuǎn)子繞組端部線匝組件，其中所述第一個孔和所述第二個孔具有大體相同的尺寸和形狀。
5.電動設(shè)備如發(fā)電機的一種改進轉(zhuǎn)子端部繞組組件，包括一個轉(zhuǎn)子軸(24)；若干個導(dǎo)電線帶的線帶疊層(16)，所述線帶疊層有一個端部線匝部分，所述線帶疊層包括一個頂部線帶(18)、一個底部線帶(20)和若干個疊于所述頂部線帶(18)和所述底部線帶(20)之間的中間線帶；其特征在于一個介于所述轉(zhuǎn)子軸(24)和所述底部線帶(20)之間的空間(38)，所述空間被一塊區(qū)域隔板分為一個高壓區(qū)域(32)和一個低壓區(qū)域(34)；和一個開于所述線帶疊層(16)的冷卻劑通道(40)，所述冷卻劑通道包括一個開于與所述高壓區(qū)域(32)相鄰的所述底部線帶(20)上的入口孔(44)；若干個上行孔(52)，它們分別開于若干個所述中間線帶(46)中，形成一個通向所述頂部線帶(18)并朝著所述區(qū)域隔板(36)和低壓區(qū)域(34)的上行通道(42)；一個開于與所述低壓區(qū)域(34)相鄰的所述底部線帶(20)上的出口孔(50)；和若干個構(gòu)成下行通道(48)的下行孔(54)，下行通道的第一端與所述上行通道(42)相連，第二端與所述出口孔(50)相連，借此，冷卻劑將從所述高壓區(qū)域流向所述低壓區(qū)域，從而有效地冷卻所述線帶疊層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一個組件，其中所述下行孔(54)的排列使其第一個線帶上的第一個孔與相鄰的第二個線帶上的第二個孔相連，并且所述第一個孔與第二個孔相互錯開，使所述第一個線帶的一部分疊在所述第二個孔上，所述第二個線帶的一部分疊在所述第一個孔上，這樣，所述階梯形通道比非階梯形通道具有更大的表面與冷卻劑進行熱交換。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的一個組件，其中所述上行孔(52)的排列使其第一個線帶上的第一個孔與相鄰的第二個線帶上的第二個孔相連，并且所述第一個孔與第二個孔相互錯開，使所述第一個線帶的一部分疊在所述第二個孔上，所述第二個線帶的一部分疊在所述第一個孔上，這樣，所述階梯形通道比非階梯形通道具有更大的表面與冷卻劑進行熱交換。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的一個組件，其中所述頂部線帶上沒有開孔與所述通道相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的一個組件，其中所述每個上行孔都具有大體相同的尺寸和形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的一個組件，其中所述每個下行孔都具有大體相同的尺寸和形狀。
11.一種發(fā)電機組件，它改進了冷卻性能，可以達到較高的功率密度，包括一個定子(12)；一個安裝于所述定子(12)上的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子(14)，所述轉(zhuǎn)子有一個轉(zhuǎn)子軸(14)；若干個導(dǎo)電線帶的線帶疊層(16)，所述線帶疊層有一個端部線匝部分，所述線帶疊層包括一個頂部線帶(18)、一個底部線帶(20)和若干個疊于所述頂部線帶(18)和所述底部線帶(20)之間的中間線帶(46)；其特征在于一個介于所述轉(zhuǎn)子軸(14)和所述底部線帶(20)之間的空間(38)，所述空間被一塊區(qū)域隔板分為一個高壓區(qū)域(32)和一個低壓區(qū)域(34)；和一個開于所述線帶疊層(16)的階梯形冷卻劑通道(40)，所述階梯形冷卻劑通道(40)包括一個開于與所述高壓區(qū)域(32)相鄰的所述底部線帶(20)上的入口孔；若干個交錯的上行孔(52)，它們分別開于若干個所述中間線帶(46)中，形成一個通向所述頂部線帶(18)并朝著所述區(qū)域隔板(36)和低壓區(qū)域(34)的上行通道(42)；一個開于與所述低壓區(qū)域(34)相鄰的所述底部線帶(20)上的出口孔(50)；和若干個構(gòu)成下行通道(48)的交錯的下行孔，下行通道的第一端與所述上行通道(42)相連，第二端與所述出口孔相連，借此，冷卻劑將從所述高壓區(qū)域流向所述低壓區(qū)域，從而有效地冷卻所述線帶疊層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的一個組件，其中所述交錯的下行孔(48)的構(gòu)成和排列使其第一個線帶上的第一個孔與相鄰的第二個線帶上的第二個孔相連，并且所述第一個孔與第二個孔相互錯開，使所述第一個線帶的一部分疊在所述第二個孔上，所述第二個線帶的一部分疊在所述第一個孔上，這樣，所述階梯形通道比非階梯形通道具有更大的表面與冷卻劑進行熱交換。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的一個組件，其中所述交錯的上行孔(42)的構(gòu)成和排列使其第一個線帶上的第一個孔與相鄰的第二個線帶上的第二個孔相連，并且所述第一個孔與第二個孔相互錯開，使所述第一個線帶的一部分疊在所述第二個孔上，所述第二個線帶的一部分疊在所述第一個孔上，這樣，所述階梯形通道比非階梯形通道具有更大的表面與冷卻劑進行熱交換。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的一個組件，其中所述頂部線帶上沒有開孔與所述通道相連。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的一個組件，其中所述每個上行孔都具有大體相同的尺寸和形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的一個組件，其中所述每個下行孔都具有大體相同的尺寸和形狀。
全文摘要
電動設(shè)備的一種改進轉(zhuǎn)子端部繞組組件包括一個導(dǎo)電線帶疊層，各線帶在轉(zhuǎn)子的端部線匝部分換向，線帶疊層包括一個頂部線帶、一個底部線帶和若干個疊于頂部線帶和底部線帶之間的中間線帶。一個位于轉(zhuǎn)子軸和底部線帶之間的空間被一塊區(qū)域隔板分為高壓區(qū)域和低壓區(qū)域。一個開于線帶疊層中的階梯形冷卻劑通道包括一個由高壓區(qū)域通向頂部線帶并朝著區(qū)域隔板和低壓區(qū)域的上行通道，和一個由上行通道通向低壓區(qū)域的下行通道。
文檔編號H02K3/04GK1117215SQ94119388
公開日1996年2月21日 申請日期1994年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月30日
發(fā)明者凱思林·M·比塞林, 小艾伯特·C·西森摩爾, 克里夫·A·威爾博恩, 朗·W·蒙哥馬利 申請人:西屋電氣公司