專利名稱：帶有多個(gè)沿縱軸延伸并沿垂直軸相互堆積的導(dǎo)電桿的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有多個(gè)沿縱軸延伸并沿垂直軸相互堆積的導(dǎo)電桿的裝置，其中每個(gè)導(dǎo)電桿具有4個(gè)平行于縱軸并成對(duì)地沿垂直于縱軸和垂直軸的橫軸相鄰的以及成對(duì)地沿縱軸前后設(shè)置的冷卻通道，其中每個(gè)冷卻通道從其位于裝置端部附近的口延伸到兩個(gè)關(guān)于縱軸設(shè)置在中部的氣體流出區(qū)中的一個(gè)流出區(qū)中，并在那兒轉(zhuǎn)入一個(gè)與垂直軸成銳角的流出通道中。
這種裝置尤其可構(gòu)成電機(jī)中繞平行于縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組的組件，其中該轉(zhuǎn)子繞組具有多個(gè)這種裝置，這些裝置的導(dǎo)電桿以合適的方式互相連接起來。通常轉(zhuǎn)子繞組固定在一個(gè)相對(duì)于轉(zhuǎn)軸為圓柱狀的轉(zhuǎn)子輥軸上。該輥軸與轉(zhuǎn)子繞組一起構(gòu)成轉(zhuǎn)子并作為該轉(zhuǎn)子的機(jī)械承受件，其中每個(gè)裝置位于轉(zhuǎn)子輥軸相應(yīng)的槽中，其端部從轉(zhuǎn)子輥軸中伸出。在轉(zhuǎn)子輥軸外面導(dǎo)電桿互相連接。在這種情況下，裝置從轉(zhuǎn)子輥軸中伸出的部分和與其相連接的導(dǎo)電弓構(gòu)成了所謂的“繞組頭”(Wickelkoepfe)。
在Spnnger出版社于1973年在維也納和紐約出版的，作者為H.Sequenz，名為“電機(jī)繞組的制造”一書的第169頁至199頁中，從D.Lambrecht所寫的“渦輪發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組”一文中可看到電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的實(shí)施形式以及本文開頭所述形式的裝置的實(shí)施形式。其中不但對(duì)帶有成對(duì)地相鄰并尤其用于通流氣態(tài)冷卻介質(zhì)的冷卻通道，可安裝到上述類型的裝置中的導(dǎo)電桿的不同實(shí)施形式，而且對(duì)這種導(dǎo)電桿的轉(zhuǎn)子繞組的構(gòu)造可能性作了進(jìn)一步的說明。由附

圖105，113和118可見這種導(dǎo)電桿以及將由這些導(dǎo)電桿組成的裝置安裝到槽中的實(shí)施例。附圖129還示出了轉(zhuǎn)子繞組的制造，其中導(dǎo)電桿總是沿縱軸的方向?qū)?zhǔn)并利用繞縱軸彎曲的，通過硬焊與導(dǎo)電桿連接的導(dǎo)電弓相互連接起來。
其它關(guān)于本文開頭所述形式的裝置以及將其安裝到電機(jī)轉(zhuǎn)子中的說明由EP 0173 877 B1可知。這份文本涉及氣體流出區(qū)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和這種裝置與其相配屬的兩個(gè)氣體流出區(qū)相互間的空間關(guān)系；這兩個(gè)氣體流出區(qū)應(yīng)當(dāng)沿裝置的縱軸相互錯(cuò)列設(shè)置，使它們相互之間沒有一個(gè)地方重疊，這也就是說，沿橫軸的方向看過去，它們沒有一個(gè)地方相鄰。
在將本文開頭所述形式的裝置設(shè)計(jì)作為電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的一組成部分時(shí)，一個(gè)重要的主題是溫度的分布。在轉(zhuǎn)子繞組運(yùn)作時(shí)，也就是在裝置通電流和流通冷卻介質(zhì)時(shí)，溫度呈沿縱軸方向分布的狀態(tài)。達(dá)到沿縱軸盡可能恒定的，或由于熱吸收盡可能均勻普遍升溫的溫度分布是具有特別重要的意義，因?yàn)椴捎眠@樣的方式可使由沿裝置分布的最大溫度所確定的裝置的耐負(fù)荷特性為最大。該裝置的耐負(fù)荷特性由沿裝置分布的溫度的最大值所確定，因?yàn)樵撟畲鬁囟戎挡辉试S超過一定的極限值，該極限值例如可由插入導(dǎo)電桿之間的和/或包繞裝置的絕緣材料的最高許可溫度所確定。如果不但該極限值而且裝置的尺寸已確定，那么通過避免所謂的具有較其周邊明顯更高溫度的“熱點(diǎn)”可達(dá)到提高耐負(fù)荷特性。在裝置上均勻地產(chǎn)生和引導(dǎo)掉熱量也具有同樣重要的意義。當(dāng)如此提高裝置在運(yùn)行時(shí)的溫度，即在沿裝置的范圍內(nèi)，而不僅僅在個(gè)別熱點(diǎn)處，均勻地升溫達(dá)到許可極限值時(shí)，可由此實(shí)現(xiàn)裝置的特別高的耐負(fù)荷特性。
本發(fā)明的目的在于提供一種帶有多個(gè)沿縱軸延伸并沿垂直軸相互堆積的導(dǎo)電桿的裝置，使其具有特別高的耐負(fù)荷特性。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即通過采用一種帶有多個(gè)沿縱軸延伸并沿垂直軸相互堆積的導(dǎo)電桿的裝置，其中每個(gè)導(dǎo)電桿具有4個(gè)平行于縱軸并成對(duì)地沿垂直于縱軸和垂直軸的橫軸相鄰的以及成對(duì)地沿縱軸前后設(shè)置的冷卻通道，其中每個(gè)冷卻通道從其位于裝置端部附近的口延伸到兩個(gè)關(guān)于縱軸設(shè)置在中部的氣體流出區(qū)中的一個(gè)流出區(qū)中，并在那兒轉(zhuǎn)入一個(gè)與垂直軸成銳角的流出通道中。其中按本發(fā)明，在每個(gè)導(dǎo)電桿中對(duì)于每對(duì)相鄰設(shè)置的冷卻通道而言，一冷卻通道的入口緊挨著端部，另一冷卻通道的入口與端部相隔一定距離，以及對(duì)于每對(duì)前后設(shè)置的冷卻通道而言，一冷卻通道的入口緊挨著端部，該冷卻通道通向端部，另一冷卻通道的入口與該冷卻通道通向的端部相隔一定距離。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組區(qū)域內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，在沿裝置規(guī)定地和很大程度上均勻地產(chǎn)生熱量的情況下，為實(shí)現(xiàn)溫度的均勻分布所必需的均勻地將熱量傳導(dǎo)出可由此達(dá)到。即使冷卻通道的尺寸彼此相稱，其中特別避免了不必要的長(zhǎng)冷卻通道。在這種情況下輸入冷卻介質(zhì)，對(duì)轉(zhuǎn)子輥軸內(nèi)部的轉(zhuǎn)子線圈的冷卻比較對(duì)輥軸外部的，即繞組頭內(nèi)的轉(zhuǎn)子線圈的冷卻而言，要遭受其它前提條件的制約，在繞組頭內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組在很大程度上不如在轉(zhuǎn)子輥軸內(nèi)的那么環(huán)繞，這樣為利用在冷卻通道中流通的冷卻介質(zhì)對(duì)繞組進(jìn)行冷卻，就可能要綜合考慮，即要兼顧改善對(duì)轉(zhuǎn)子輥軸內(nèi)部的繞組的冷卻。因此在本發(fā)明裝置中不是所有的冷卻通道都完整地通過該裝置，而事實(shí)上只有一半的冷卻通道開始于裝置端部的入口，另一半冷卻通道總是開始于明顯與入口附近的端部相距一定距離的入口處。在這種情況下在繞組頭區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的冷卻損失是可承受的，因?yàn)樵摀p失可通過其它的冷卻措施來彌補(bǔ)，這些冷卻措施是現(xiàn)有技術(shù)中所公知的，在此不作進(jìn)一步描述；這樣顯著的優(yōu)點(diǎn)在于，避免了過長(zhǎng)的冷卻通道以及由此產(chǎn)生的對(duì)冷卻介質(zhì)的液力傳導(dǎo)方面的限制。
最好使每對(duì)前后設(shè)置的冷卻通道相互等長(zhǎng)，這直接意味著，這對(duì)冷卻通道的導(dǎo)納，并因而一導(dǎo)電桿的所有4個(gè)冷卻通道的導(dǎo)納完全相等。由此可保證對(duì)導(dǎo)電桿的4個(gè)冷卻通道特別均勻的冷卻并特別好地預(yù)防了“熱點(diǎn)”的產(chǎn)生。
本發(fā)明裝置的冷卻通道的入口布置在本發(fā)明意圖中包含有這樣的意思，即在氣體流出區(qū)中冷卻通道通過排出通道從裝置中引出，該氣體流出區(qū)沿縱軸相互錯(cuò)置，然而最好不要錯(cuò)置得太遠(yuǎn)，以免使氣體流出區(qū)沒有一個(gè)地方相鄰，對(duì)冷卻通道的設(shè)計(jì)應(yīng)這樣進(jìn)行，即氣體流出區(qū)關(guān)于橫軸還部分地相鄰，它們的相鄰段長(zhǎng)度，相當(dāng)于一個(gè)氣體流出區(qū)長(zhǎng)度的25％，最好只為氣體流出區(qū)長(zhǎng)度的15％，例如在每個(gè)氣體流出區(qū)具有14個(gè)排出通道時(shí)，相鄰段只具有2個(gè)排出通道。
為構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組，該裝置最好安裝到轉(zhuǎn)子輥軸的一個(gè)槽中，其中裝置端部從轉(zhuǎn)子輥軸中伸出這么多，使所有的入口都顯露出來。任何一個(gè)不與各自的端部緊鄰的入口最好與轉(zhuǎn)子輥軸緊鄰。另外將本發(fā)明裝置結(jié)合到一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組中最好這樣進(jìn)行，即設(shè)置一組由多個(gè)相同裝置組成的組件，其中的每個(gè)裝置安設(shè)到轉(zhuǎn)子輥軸中相應(yīng)的槽內(nèi)。其中在組件的每個(gè)端部，利用構(gòu)成組件的裝置的相應(yīng)端設(shè)置繞縱軸約圓弧狀彎曲的導(dǎo)電弓。其中的每個(gè)導(dǎo)電弓將兩個(gè)分屬于不同裝置的導(dǎo)電桿相互連接起來。這些導(dǎo)電弓最好通過硬焊與這些導(dǎo)電桿相連接。因此相應(yīng)于上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明裝置最好通過構(gòu)成所謂的“矩形繞組頭”而結(jié)合到大型電機(jī)，尤其是渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中，一個(gè)矩形繞組頭是這樣構(gòu)成的，即平行于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的導(dǎo)電桿與大約圓弧狀繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線彎曲的導(dǎo)電弓相連接，或尤其通過硬焊連接。這種實(shí)施形式已經(jīng)是公知的，然而至今人們更多地優(yōu)先采用這樣一種實(shí)施形式，即為構(gòu)成繞組頭，沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向朝向的導(dǎo)電桿作相應(yīng)的彎曲。在本發(fā)明范圍內(nèi)設(shè)置矩形繞組頭始終具有優(yōu)點(diǎn)，即可獨(dú)立于對(duì)導(dǎo)電桿的冷卻單獨(dú)地冷卻導(dǎo)電弓，這提供了設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子繞組的附加自由度。
本發(fā)明的實(shí)施例由附圖示出，為清楚表示本發(fā)明的區(qū)別特征，僅部分地概括和/或有所失真地示出本發(fā)明的實(shí)施形式；這些附圖的比例與真實(shí)的尺寸并不相符，下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明，附圖中圖1所示為帶有多個(gè)導(dǎo)電桿的本發(fā)明裝置；圖2所示為圖1中的一個(gè)導(dǎo)電桿；圖3所示為帶有本發(fā)明裝置的一個(gè)轉(zhuǎn)子輥軸。
圖1和圖2可視為同屬關(guān)系，從現(xiàn)在開始將就這兩份附圖一起說明。圖1為平行于一縱軸2和一垂直軸3的本發(fā)明裝置1的截面視圖，沿該垂直軸3相互堆積著多個(gè)導(dǎo)電桿4。圖2為通過圖1所示裝置1中的中間導(dǎo)電桿4的，垂直于圖1所示截面的截面視圖，該截面平行于縱軸2和既垂直于縱軸2又垂直于垂直軸3的橫軸5，在裝置1中，每個(gè)導(dǎo)電桿4有4個(gè)冷卻通道6、7，其中兩個(gè)冷卻通道6分別帶有在端部10附近的入口8，而兩個(gè)冷卻通道7分別帶有與冷卻通道7所流向的各端部10相距一定距離的入口9。一個(gè)冷卻通道6和一個(gè)冷卻通道7關(guān)于縱軸2總是前后設(shè)置或關(guān)于橫軸5總是相鄰。所有冷卻通道6、7結(jié)束在用垂直軸3和橫軸5表示的裝置1的中心區(qū)域處的氣體流出區(qū)內(nèi)，在那兒，這些冷卻通道轉(zhuǎn)入平行于垂直軸3的出口通道12。運(yùn)行時(shí)，冷卻介質(zhì)尤其是冷卻氣體通過入口8和9進(jìn)入冷卻通道6或7中并進(jìn)一步到達(dá)氣體流出區(qū)11內(nèi)的出口通道12內(nèi)。沿縱軸2的方向看過去，氣體流出區(qū)11相互錯(cuò)置，在此沿橫軸5的方向看過去，也部分相鄰。入口8和9以及導(dǎo)電桿4上構(gòu)成出口通道12的凹槽在本實(shí)施例中通過側(cè)面銑削而成。其它實(shí)施形式自然沒有更多的可能性。
圖3所示為相對(duì)于軸17的斜視圖，為形成電機(jī)的一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組，裝置1設(shè)置在轉(zhuǎn)子輥軸13的凹槽14內(nèi)。導(dǎo)電桿4從轉(zhuǎn)子輥軸13中伸出使所有的入口8和9顯露出來。與端部10相隔一定距離的入口9與轉(zhuǎn)子輥軸13緊挨著。為構(gòu)成轉(zhuǎn)子繞組，尤其是繞組頭，如圖3下半部分所示那樣，導(dǎo)電桿4必須相互連接起來，這一點(diǎn)是通過導(dǎo)電弓15來實(shí)現(xiàn)的，導(dǎo)電弓大約圓弧狀地繞平行于縱軸2的轉(zhuǎn)子輥軸13的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線17彎曲并分別使兩個(gè)導(dǎo)電桿4相互連接起來。這種連接例如是硬焊連接。圖中示出了冷卻導(dǎo)電弓15的冷卻通道18；冷卻通道18從一個(gè)導(dǎo)電桿4開始并在一個(gè)中間設(shè)置的凹槽19處結(jié)束。由于導(dǎo)電桿4在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生顯著的離心力，槽14必須被可靠地封閉。這一點(diǎn)通過圖中概括示出的槽密封件16來實(shí)現(xiàn)，該槽密封件在實(shí)踐過程中當(dāng)然必須與轉(zhuǎn)子輥軸13構(gòu)成一可耐高負(fù)荷的附著力，以抵消離心力的作用。
本發(fā)明帶有多個(gè)導(dǎo)電桿的裝置的特征在于，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中導(dǎo)電桿通電流后，能夠特別均勻地將由此產(chǎn)生的熱量散出。因此本發(fā)明裝置特別適合于結(jié)合到電機(jī)，尤其是渦輪發(fā)電機(jī)的承受高負(fù)荷的轉(zhuǎn)子繞組中。
權(quán)利要求
1.一種帶有多個(gè)沿一縱軸(2)延伸并沿一垂直軸(3)相互堆積的導(dǎo)電桿(4)的裝置(1)，其中每個(gè)導(dǎo)電桿具有4個(gè)平行于縱軸(2)并成對(duì)地沿垂直于縱軸(2)和垂直軸(3)的橫軸(5)相鄰的以及成對(duì)地沿縱軸(2)前后設(shè)置的冷卻通道(6，7)，其中每個(gè)冷卻通道從其位于裝置(1)端部(10)附近的口(8，9)延伸到兩個(gè)關(guān)于縱軸(2)設(shè)置在中部的氣體流出區(qū)(11)中的一個(gè)流出區(qū)中，并在那兒轉(zhuǎn)入一個(gè)與垂直軸(3)成銳角的流出通道(12)中，其特征在于，在每個(gè)導(dǎo)電桿(4)中對(duì)于每對(duì)相鄰設(shè)置的冷卻通道(6，7)而言，一冷卻通道(6)的入口(8)緊挨著端部(10)，另一冷卻通道(7)的入口(9)與端部(10)相隔一定距離，以及對(duì)于每對(duì)前后設(shè)置的冷卻通道(6，7)而言，一冷卻通道(6)的入口(8)緊挨著該冷卻通道通向的端部(10)，而另一冷卻通道(7)的入口(9)與該冷卻通道通向的端部(10)相隔一定距離。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置(1)，其中在每對(duì)前后設(shè)置的冷卻通道(6，7)中，該對(duì)冷卻通道(6，7)大約等長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置(1)，其中氣體流出區(qū)(11)沿縱軸(2)如此相互錯(cuò)置，使它們關(guān)于橫軸(5)部分相鄰。
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置(1)，該裝置被安設(shè)在一轉(zhuǎn)子輥軸(13)的槽(14)中，其中，該裝置的端部(10)從轉(zhuǎn)子輥軸(13)中伸出這么多，使所有的入口(8，9)都顯露出來。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置(1)，其中任意一個(gè)未緊挨著各端部(10)的入口(9)緊挨著轉(zhuǎn)子輥軸(13)。
6.一種由多個(gè)如權(quán)利要求4或5所述的裝置(1)組成的組件，其中的每個(gè)裝置安裝到轉(zhuǎn)子輥軸(13)上一個(gè)與之相配屬的槽(14)中，其中在每個(gè)端部(10)設(shè)置有約圓弧狀繞縱軸(2)彎曲的導(dǎo)電弓(15)，其中的每個(gè)導(dǎo)電弓將兩個(gè)分屬于不同的裝置(1)的導(dǎo)電桿(4)相互連接起來。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其中導(dǎo)電弓(15)與導(dǎo)電桿(4)硬焊連接起來。
8.如權(quán)利要求6或7所述的組件可安裝到一個(gè)大型電機(jī)，尤其是一個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中。
全文摘要
一種帶有多個(gè)沿一縱軸(2)延伸并沿一垂直軸(3)相互堆積的導(dǎo)電桿(4)的裝置(1)，其特點(diǎn)在于，在每個(gè)導(dǎo)電桿(4)中對(duì)于每對(duì)相鄰設(shè)置的冷卻通道(6，7)而言，一冷卻通道(6)的入口(8)緊挨著端部(10)，另一冷卻通道(7)的入口(9)與端部(10)相隔一定距離，以及對(duì)于每對(duì)前后設(shè)置的冷卻通道(6，7)而言，一冷卻通道(6)的入口(8)緊挨著該冷卻通道通向的端部(10)，而另一冷卻通道(7)的入口(9)與該冷卻通道通向的端部(10)相隔一定距離。
文檔編號(hào)H02K3/04GK1149356SQ95193310
公開日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1995年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月11日
發(fā)明者拉爾夫·邦巴, 威廉·韋斯特恩多夫 申請(qǐng)人:西門子公司