專利名稱：具有改進的楔塊的發(fā)電機轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)的發(fā)電機楔塊。
技術(shù)背景 通常，發(fā)電機包括具有多個勵磁線圈或繞組的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子由某些旋轉(zhuǎn)源例如渦輪 機轉(zhuǎn)子來驅(qū)動，以便轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子在接近定子處轉(zhuǎn)動，并且轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)在定子繞組內(nèi)生成電 流。發(fā)電機楔塊用于在離心載荷下支撐這些繞組。楔塊通常由主磁場疊片組徑向支撐。考慮到高速發(fā)電機內(nèi)的顯著離心載荷，主磁 場疊片組上的應(yīng)力經(jīng)常驅(qū)使對疊片材料加以選擇，并且導致與磁特性和疊層幾何形狀有關(guān) 的折衷。需要一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子和楔塊設(shè)計，其減小或消除由于轉(zhuǎn)子楔塊保持問題而引起的 對在疊層磁特性和幾何形狀中尋求折衷的需要。
發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)使用的楔塊包括具有大致三角形形狀且具有平坦表面的楔塊體， 并且使得當該楔塊被放置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)時，該平坦表面將限定該楔塊體相對于該轉(zhuǎn)子的 旋轉(zhuǎn)軸線的周向范圍。該平坦表面延伸到楔塊體的徑向最外范圍。在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)使用的楔塊和繞組的組合包括具有大致三角形形狀且具有平坦 表面的楔塊體，并且使得當該楔塊被放置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)時，該平坦表面將限定該楔塊體 相對于該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的周向范圍，并且該平坦表面延伸到該楔塊體的徑向最外范圍。 該平坦表面與一對繞組中的每一個上的配合的平坦表面相接觸。發(fā)電機轉(zhuǎn)子包括限定軸線的主疊片組。周向間隔開的成對繞組具有被周向放置在 每對繞組之間的楔塊。楔塊包括具有大致三角形形狀且具有平坦表面的楔塊體。平坦表 面限定該楔塊體相對于該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的周向范圍，并且延伸到該楔塊體的徑向最外范 圍。所述楔塊的平坦表面安放于繞組上徑向外側(cè)的表面，以便為繞組提供支撐。楔塊的平 坦表面還安放于主疊片組上徑向外側(cè)的配合表面。發(fā)電機包括定子和轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子包括限定出軸線的主疊片組。周向間隔開的成 對繞組具有被周向放置在每對繞組之間的楔塊。楔塊包括具有大致三角形形狀且具有平坦 表面的楔塊體。該平坦表面限定楔塊體的周向范圍。該平坦表面延伸到該楔塊體的徑向最 外范圍。楔塊的平坦表面安放于繞組上徑向外側(cè)的表面，以便為繞組提供支撐。楔塊的平 坦表面還安放于主疊片組上徑向外側(cè)的配合表面。一種形成用于發(fā)電機的發(fā)電機轉(zhuǎn)子的方法，其包括限定主疊片組的步驟，其中主 疊片組具有圍繞該主疊片組的中心軸線被周向間隔開的開口。周向間隔且對置的繞組對被 放置在主疊片組的開口內(nèi)。大致三角形的楔塊體被周向地插入到每一對繞組中的每個繞組 中間。楔塊被設(shè)計成具有安放于繞組和主疊片組表面徑向外側(cè)的表面，所述主疊片組的表 面限定開口，使得楔塊限定用于主疊片組和繞組的徑向支撐表面。封套被壓配合在楔塊和主疊片組周圍，以便為楔塊提供徑向支撐。本發(fā)明的這些特征和其它特征可從下面的說明和附圖得到最佳理解，下面是附圖 說明。
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機的一部分。圖2是本發(fā)明的發(fā)電機的一部分。圖3是轉(zhuǎn)子的一部分的分解視圖。圖4是示出具有封套的轉(zhuǎn)子的一部分的分解視圖。圖5示出本發(fā)明的楔塊。圖6A示出本發(fā)明楔塊的端視圖。圖6B是沿圖6A的線6B-6B取的剖視圖。圖6C是楔塊的俯視圖。
具體實施例方式圖1中稍微示意性示出了已知發(fā)電機10的一部分。如所已知的那樣，示意性示出， 轉(zhuǎn)子12被驅(qū)動以轉(zhuǎn)動，并且相鄰于定子14轉(zhuǎn)動。繞組22和主疊片組23被驅(qū)動以隨著轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動，并且在定子14內(nèi)生成電流。如所已知的那樣，楔塊16提供了具有周向端18以支撐繞組22的引導表面。另外， 通過疊片組23的邊緣20為楔塊16提供了徑向支撐，邊緣20在徑向外表面19處接觸楔塊 16的端18。如上所述，因為疊片組為楔塊16提供了徑向支撐，所以用于疊片組的材料有時 候被折衷以便提供用于該支撐的機械特性，而不是選擇成用于由其主要功能所要求的磁特 性。圖2示出本發(fā)明發(fā)電機30的一個可能實施例，其消除為楔塊徑向支撐而對主磁場 疊片組的依賴。在圖2的實施例中，轉(zhuǎn)子31相鄰于定子14轉(zhuǎn)動。楔塊32具有周向邊緣表 面34，周向邊緣表面34沿著疊片組37的徑向外表面36安放。術(shù)語“徑向”和“周向”相對 于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線被限定。一般地，平坦側(cè)表面39延伸到楔塊32的徑向最外范圍，并且沿 著繞組38的平坦表面40和疊片組37的部分36的平坦外表面安放。封套50圍繞疊片組 37和楔塊32。在圖2中的實施例，楔塊提供對疊片組37和繞組38的徑向支撐。因而，消 除了上述的為給楔塊提供支撐而對疊片組的材料進行折衷的問題。如從圖3中所認識到的那樣，組裝的轉(zhuǎn)子31具有板44，板44安放于楔塊32的端 表面46和146。楔塊32的軸向中心部分48徑向向外延伸并超出端部46和146。板44為 作用在楔塊上的以及在端表面46和146處的徑向力提供反作用表面。如圖4中所示，封套50具有端部52，在組裝時其會覆蓋板44和轉(zhuǎn)子31的剩余部 分。封套50可以由碳纖維復(fù)合物或者其它合適的材料形成。封套50在楔塊32、板44和疊 片組37上是過盈配合。因而，在該實施例中封套為楔塊提供徑向支撐。在圖5中示出楔塊32更多的細節(jié)。楔塊體通常由合適的鋁形成，并且可以由與過 去已經(jīng)在使用的材料類似的材料形成。在一個實施例中，使用2024-T851型鋁，但是也可以 選擇其它非磁性材料。端表面46和146沿著轉(zhuǎn)子的中心軸線擴展，轉(zhuǎn)子將接納楔塊32。
凸部54連接表面46和48。楔塊32的截面在周向邊緣34之間延伸，并且包括大 致平坦的表面39和平整的頂部58。頂部58相對于從轉(zhuǎn)子中心軸線延伸的半徑是相切的， 同時外表面46(和146)在圍繞該同一軸線彎曲在圓弧上。凹槽56形成在表面48內(nèi)，并且減少了渦電流損失，以便提高發(fā)電機的效率。楔塊32的截面可以擠壓成形為以具有一個或多個空心的腔(未示出)。 如圖6A中所示，楔塊32具有大致三角形形狀，并且圍繞演生點(generating point)C定中心。演生點C是半徑R 1和R2的起始點(原點)，其中半徑Rl延伸到頂表面 48，半徑R2延伸到表面46 (并且還將會延伸到表面146)。通過從豎直軸線和水平軸線移動 距離dl和d2、然后限定平行于豎直軸線和水平軸線的線來限定側(cè)表面39。以這種方式，限 定出楔塊體的形狀。在一個實施例中，距離dl和d2都被標定地選擇為1. 325” (33. 6mm)。 在這種楔塊中，Rl被選擇成2. 625” (66. 7mm)，而半徑R2被選擇成2. 535” (64. 4mm)。在本 發(fā)明的實施例中，dl (或d2)與Rl的比在0.45到0. 55的范圍內(nèi)。同樣，正如可以看到的那樣，楔塊32的端部58被截去。被截的端部58可被限定 為與來自演生點C的半徑相切。畫出平行于該切線的線，在一個實施例中，到該切線的距離 d3是1. 98” (50. 3mm)。在本發(fā)明的實施例中，距離d3對Rl的比在0. 65到0. 75之間。所 獲得的楔塊形狀將具有有益的屬性，并且將具有足夠的尺寸以采用這種形狀為繞組和疊片 組提供所需的支撐。如圖6B中所示，凹槽58和中間表面48具有相應(yīng)的長度d4和d5 ；d5大于d4。在 一個實施例中，d4為0. 060” (1. 52mm), d5為0. 128” (3. 25mm)。在實施例中，d4與d5的比 被選擇成在0.4到0.5之間。如圖6C中所示，端表面46和端表面146具有不同的長度。端表面46具有長度d6， 而端表面146具有長度d7。表面46的長度更長，因為在該端部必須容納繞組的跨接幾何形 狀。繞組必需跨接，并且朝向另一端返回，從而在該端部必需有額外的空間。在一個實施例 中，長度d6為0. 499”，而長度d7為0. 420” (10. 7mm)。在這種楔塊內(nèi)，其具有5. 199” (132mm) 的總長度d8。在多個實施例中，d6對d7的比在1. 15到1. 25之間。在本申請中所公開的楔塊能夠為疊片組和繞組提供堅固的徑向支撐。以這種方 式，疊片組可以被設(shè)計成主要或僅僅為了磁特性，并且可以減小或消除由于為楔塊提供徑 向支撐的需要所致的折衷。在某種意義上，疊片板可以說具有由其側(cè)表面36形成的開口，以便容納繞組38。 繞組38和楔塊32被插入到這些開口內(nèi)。然后，楔塊提供對繞組和疊片組的徑向支撐。接 著將套圍繞組件(在安裝了板44之后)壓配合，并且套為楔塊32提供徑向支撐。盡管已經(jīng)公開了本發(fā)明的實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會在本發(fā)明范圍內(nèi)認識 到某些修改。鑒于該原因，應(yīng)當研究所附的權(quán)利要求以確定本發(fā)明的真實范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)使用的楔塊，包括楔塊體，所述楔塊體具有大致三角形形狀且具有平坦表面，并且使得當所述楔塊被放置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)時，所述平坦表面限定所述楔塊體相對于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的周向范圍；并且所述平坦表面延伸到所述楔塊體的徑向最外范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的楔塊，其特征在于，所述楔塊體具有頂部，所述頂部是與所述轉(zhuǎn) 子的軸線相切的平整表面。
3.如權(quán)利要求2所述的楔塊，其特征在于，作為當所述楔塊被安裝在發(fā)電機內(nèi)時所述 楔塊的徑向最外表面的表面相對于所述軸線繞圓弧彎曲。
4.如權(quán)利要求3所述的楔塊，其特征在于，所述楔塊的徑向最外表面形成有多個凹槽。
5.如權(quán)利要求4所述的楔塊，其特征在于，所述凹槽沿所述軸線的軸向長度被選擇為 形成在所述楔塊的徑向最外表面上的介于所述凹槽之間的表面的軸向長度的0. 4到0. 5倍 之間。
6.如權(quán)利要求3所述的楔塊，其特征在于，所述楔塊在每個軸向端處都具有圍繞圓弧 彎曲的端表面，并且所述楔塊具有圍繞圓弧彎曲的中心表面，所述中心表面比所述端表面 從所述軸線間隔更大的徑向距離，并且其中，所述楔塊的一個端表面比相對的軸向端表面 延伸的軸向長度更大。
7.如權(quán)利要求6所述的楔塊，其特征在于，所述端表面的長度比在1.15到1. 25之間。
8.如權(quán)利要求2所述的楔塊，其特征在于，演生點用于限定所述楔塊的平坦表面，并且 半徑被限定為到所述楔塊的徑向最外表面，由從所述演生點延伸的水平軸線和豎直軸線、 然后在從所述水平軸線和豎直軸線中每一條間隔的點處限定線來限定所述平坦表面，所述 被限定的線每條都平行于所述豎直軸線和水平軸線引出，并且在所述豎直軸線和水平軸線 與所述被限定的線之間的距離被選擇成使得所述距離與所述半徑的比在0. 45到0. 55之 間，并且所述被限定的線用于定位所述平坦表面。
9.如權(quán)利要求8所述的楔塊，其特征在于，到所述平整的頂部的距離還通過從來自所 述演生點的切線移動第三距離來限定，并且所述第三距離被選擇成相對于所述半徑具有 0. 65到0. 75的比。
10.一種在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)使用的楔塊和繞組的組合，包括楔塊體，所述楔塊體具有大致三角形形狀且具有平坦表面，并且使得當所述楔塊被放 置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)時，所述平坦表面將限定所述楔塊體相對于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的周向 范圍，并且所述平坦表面延伸到所述楔塊體的徑向最外范圍；以及一對繞組，其中所述平坦表面與每個所述繞組上的配合的平坦表面接觸。
11.一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子，包括限定軸線的主疊片組；周向間隔的成對繞組；被周向放置在每一所述成對繞組之間的楔塊，所述楔塊包括具有大致三角形形狀并具 有平坦表面的楔塊體，所述平坦表面限定所述楔塊體相對于所述轉(zhuǎn)子的軸線的周向范圍， 并且所述平坦表面延伸到所述楔塊體的徑向最外范圍；以及所述楔塊的所述平坦表面安放于所述繞組上徑向外側(cè)的表面，以便給所述繞組提供支撐，并且所述楔塊的所述平坦表面還安放于所述主疊片組上徑向外側(cè)的配合表面。
12.如權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，封套圍繞所述主疊片和所述楔塊。
13.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，板被接納在所述楔塊的相對軸向端上，并 且所述封套圍繞所述板。
14.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述封套由碳纖維復(fù)合物形成。
15.如權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述楔塊體具有形成為平整表面的頂部， 所述平整表面與來自所述轉(zhuǎn)子的中心軸線的半徑相切。
16.如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，演生點用于限定所述楔塊的所述平坦表 面，并且半徑被限定為到所述楔塊的徑向最外表面，由從所述演生點延伸的水平軸線和豎 直軸線、然后在從所述水平軸線和豎直軸線中每一條間隔的點處限定線來限定所述平坦表 面，所述被限定的線每條都平行于所述豎直軸線和水平軸線引出，并且在所述豎直軸線和 水平軸線與所述被限定的線之間的距離被選擇成使得所述距離與所述半徑的比在0. 45到 0. 55之間，并且所述被限定的線設(shè)定所述平坦表面，并且其中，到所述平整的頂部的距離還 通過從與來自所述演生點的半徑的切線移動第三距離來限定，并且所述第三距離被選擇成 相對于所述半徑具有0. 65到0. 75的比。
17.一種發(fā)電機，包括定子；以及轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括限定軸線的主疊片組，周向間隔的成對繞組，被周向放置在每一所 述成對繞組之間的楔塊，所述楔塊包括具有大致三角形形狀且具有平坦表面的楔塊體，所 述平坦表面限定所述楔塊體的周向范圍，并且所述平坦表面延伸到徑向最外范圍，所述楔 塊的所述平坦表面安放于所述繞組上徑向外側(cè)的表面，以便為所述繞組提供支撐，并且所 述楔塊的所述平坦表面還安放于所述主疊片組上徑向外側(cè)的配合表面。
18.如權(quán)利要求17所述的發(fā)電機，其特征在于，封套包圍所述主疊片組和所述楔塊。
19.如權(quán)利要求18所述的發(fā)電機，其特征在于，板被容納在所述楔塊的相對軸向端上， 并且所述封套圍繞所述板。
20.一種形成用于發(fā)電機的發(fā)電機轉(zhuǎn)子的方法，包括以下步驟a)限定主疊片組，所述主疊片組具有圍繞所述主疊片組的中心軸線周向間隔的開口；b)將周向間隔對置的繞組對放置在所述主疊片組中的開口內(nèi)；以及c)限定大致三角形的楔塊體，并將所述楔塊體周向地插入到每一所述繞組對的每個繞 組中間，并且所述楔塊被設(shè)計成具有徑向向外地安放于所述繞組和主疊片組表面徑向外側(cè) 的表面，所述主疊片組表面限定所述開口，使得所述楔塊限定用于所述主疊片組和所述繞 組的徑向支撐表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有改進的楔塊的發(fā)電機轉(zhuǎn)子。具體地，提供一種使用在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)的楔塊，其包括具有大致三角形形狀且具有平坦表面的楔塊體，并且使得當該楔塊被放置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)時，所述平坦表面將限定所述楔塊體相對于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的周向范圍，并且所述平坦表面延伸到所述楔塊體的徑向最外范圍處。公開并且要求保護所有使用該楔塊的楔塊和繞組的組合、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機、以及方法。
文檔編號H02K3/487GK101847900SQ20101014958
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者G·C·小萊默斯, R·D·拉斯穆森, S·R·加農(nóng) 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司