專利名稱：電機內(nèi)加蓋的平坦端部繞組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及具有轉(zhuǎn)子和勵磁繞組的類型的電機，該勵磁繞組包括圍繞轉(zhuǎn)子主體的端部繞組，并且尤其涉及橫過極寬度的展平的端部繞組，連同提供端部繞組的冷卻介質(zhì)徑向向外的流動通風(fēng)的蓋子。
背景技術(shù)：
在電機中，例如，發(fā)電機，配備具有勵磁繞組的轉(zhuǎn)子主體，勵磁繞組一般在轉(zhuǎn)子主體的相對端部形成弧形，且被稱為端部繞組。端部繞組一般典型地從轉(zhuǎn)子主體軸向延伸且鄰近主體的相對端部在圓周方向穿過支座或心軸，以進入且沿著轉(zhuǎn)子主體在軸向方向上返回。在典型的發(fā)電機結(jié)構(gòu)中，繞組設(shè)置在轉(zhuǎn)子主體的槽內(nèi)，且楔子把繞組固定在槽內(nèi)。端部繞組典型地被隔塊相互隔開。更新的發(fā)電機包括具有帶有極面和平行側(cè)面的限定極區(qū)域的轉(zhuǎn)子主體，連同沿著平行側(cè)面延伸的預(yù)制繞組模塊，使得預(yù)制端部繞組在轉(zhuǎn)子主體端面之間延伸。在發(fā)電機結(jié)構(gòu)的兩種類型中，端部繞組都在轉(zhuǎn)子主體的相對端部圍繞支座或心軸弓形延伸。保持環(huán)或封閉環(huán)通常覆蓋端部繞組，基本形成圍繞端部繞組的圓柱環(huán)。
將認識到，勵磁繞組，包括端部繞組，通過冷卻介質(zhì)穿過或沿著轉(zhuǎn)子繞組流動來冷卻。典型地，帶槽的通路形成在銅勵磁繞組內(nèi)，并引導(dǎo)冷卻介質(zhì)，以使冷卻介質(zhì)能徑向向外排入轉(zhuǎn)子和定子之間的空隙，且軸向向內(nèi)流入端部保持環(huán)或封閉環(huán)。因此，端部保持環(huán)或封閉環(huán)成為穿過轉(zhuǎn)子端部繞組的冷卻介質(zhì)路徑排出的阻礙。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的方面，為電機轉(zhuǎn)子的勵磁繞組提供端部繞組裝置，其中，端部繞組通常橫過極寬度展平。為促進端部繞組的冷卻，蓋子覆蓋每一個端部繞組通常展平的表面上，且配備至少一個通路，以使冷卻氣體從間隔的端部繞組之間穿過蓋子流至電機轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙。
更具體地，每個端部蓋子配備至少一個，最好多個沿著弓形外表面軸向延伸的通道，其與一個或多個穿過蓋子內(nèi)部平坦的表面進入端部繞組線匝之間的間隙的開孔相通。軸向通道軸向遠離端部封閉環(huán)開口，且冷卻介質(zhì)因此穿過開孔和軸向通路從端部繞組徑向向外流出，以在轉(zhuǎn)子主體和定子之間的間隙內(nèi)離開。除去了為冷卻的目的典型地使用在端部繞組的線圈內(nèi)的內(nèi)部冷卻槽。并且，通過引入這些較短的通風(fēng)通道獲得了更均勻的端部繞組溫度。轉(zhuǎn)子端部繞組線圈較近的間距改進了對流傳熱并使具有較短底座的電機結(jié)構(gòu)成為可能。并且，冷卻介質(zhì)從端部繞組傳輸而不穿透或形成穿過保持環(huán)或封閉環(huán)的孔。也將認識到展平的端部繞組線圈和端部蓋子能使用在CFRE(碳纖維轉(zhuǎn)子外殼)類型的發(fā)電機上，及具有設(shè)置在轉(zhuǎn)子主體的槽內(nèi)的繞組并帶有把繞組保持在主體內(nèi)的楔子的傳統(tǒng)發(fā)電機上。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，為電機內(nèi)的轉(zhuǎn)子的勵磁繞組提供了端部繞組裝置，其包括多個從轉(zhuǎn)子極延伸且彼此隔開的端部繞組，端部繞組通常形成橫過極寬度的展平的表面，蓋子覆蓋通常展平的表面且具有至少一個通路，以使冷卻氣體從間隔端部繞組之間穿過蓋子流至電機轉(zhuǎn)子和固定部分之間的間隙。


圖1是電機內(nèi)CFRE轉(zhuǎn)子的透視圖，其舉例說明機器的組成要素；圖2是用于轉(zhuǎn)子的端部繞組的放大的部分截面圖，包括根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的端部蓋子；圖3是端部蓋子的透視圖；圖4A和4C是穿過主體的截面圖，分別示出了轉(zhuǎn)子主體內(nèi)最大和最小的線圈；圖4B和4D是穿過端部繞組的截面圖，分別示出了端部繞組區(qū)域內(nèi)的最大和最小線圈，連同本發(fā)明的端部蓋子；圖5A和5C是相似于圖4A和4C的圖，示出了轉(zhuǎn)子主體內(nèi)的傳統(tǒng)的勵磁繞組裝置的最大和最小線圈；及圖5B和5D示出了最大和最小端部繞組，連同本發(fā)明的端部蓋子。
具體實施例方式
如繪制的圖1所示，發(fā)電機30包括多極磁芯32(示出了兩極磁芯)和多個繞組組件34，每個極一個，及相應(yīng)的極表面36。已知磁芯32和繞組組件34的結(jié)構(gòu)和材料。預(yù)制繞組組件34設(shè)置在形成轉(zhuǎn)子主體的平行側(cè)面鍛件的上面，且彎曲成通常與轉(zhuǎn)子主體同心的弧形。盡管沒有示出，也將認識到，轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子內(nèi)，沒有顯示，且在定子的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子的外表面之間存在空氣間隙。示于圖1的發(fā)電機轉(zhuǎn)子具有端部繞組40，其在轉(zhuǎn)子主體最終組件內(nèi)，在轉(zhuǎn)子的相對端部在心軸上弓形延伸。前面描述的轉(zhuǎn)子主體是碳纖維轉(zhuǎn)子外殼(CFRE)，其與現(xiàn)有傳統(tǒng)的發(fā)電機相比具有多種優(yōu)點，傳統(tǒng)的發(fā)電機典型地具有設(shè)置在轉(zhuǎn)子主體內(nèi)的軸向延伸的槽內(nèi)的勵磁繞組，楔子設(shè)置在槽內(nèi)，把勵磁繞組保持在槽內(nèi)。與CFRE轉(zhuǎn)子主體相似，傳統(tǒng)的勵磁繞組包括端部繞組，其在轉(zhuǎn)子主體的相對端部在心軸或軸上弓形延伸。
參考圖2，示出了具有端部心軸46的轉(zhuǎn)子主體44。在圖中示出端部繞組48，其形成用于發(fā)電機的勵磁繞組的一部分，轉(zhuǎn)子主體形成發(fā)電機的一部分。代替如上面描述的現(xiàn)有技術(shù)中端部繞組48在心軸46上完全弓形延伸，端部繞組48沿著其外表面47展平(圖2和4B)，并在通過轉(zhuǎn)子主體和端部繞組部分之間的跨距的主要部分上線性延伸，端部繞組部分軸向延伸進入轉(zhuǎn)子主體。圖4B和4D分別示出了用于端部繞組49和51的最大和最小線圈的展平的端部繞組。將認識到，例如，圖1所示的發(fā)電機類型的轉(zhuǎn)子主體或具有由楔子39保持在轉(zhuǎn)子主體槽37內(nèi)的勵磁繞組的更傳統(tǒng)的發(fā)電機轉(zhuǎn)子，如圖5A-5D所示，其預(yù)制勵磁繞組的端部繞組在47展平。在任一情況下，如圖4B，4D，5B和5D所示，弓形端部繞組當其通過轉(zhuǎn)子主體延伸時，在47部分展平。
根據(jù)本發(fā)明進一步的方面，端部蓋子50覆蓋端部繞組的展平部分47。如圖3和4B所示，端部蓋子50的內(nèi)表面52是平坦的且平行于端部繞組的展平或線性的部分47。蓋子50的外表面符合轉(zhuǎn)子主體的圓柱形狀。如圖2所示，環(huán)形的保持環(huán)或封閉環(huán)54覆蓋端部繞組且尤其覆蓋端部蓋子50。蓋子50平坦的下表面形成平行于端部繞組展平外表面47的平面的平面。
為給端部繞組通風(fēng)，冷卻介質(zhì)通常向外流入轉(zhuǎn)子主體和定子之間的空氣間隙內(nèi)，而不穿過轉(zhuǎn)子主體回流，并且不把端部繞組本身作為冷卻介質(zhì)的管道。為實現(xiàn)這一點，每個端部蓋子50包括多個開孔58(圖3)，其在蓋子平坦的下側(cè)52和其在外殼54下面的弓形外側(cè)56之間延伸。另外，多個通道60，例如，凹槽，沿著蓋子50的外表面56形成，其通常平行于轉(zhuǎn)子主體的旋心軸延伸。開孔58穿過蓋子從下側(cè)面52延伸并在沿著此處指定位置通向通道60。
如圖2所示，一個或多個開孔58穿過蓋子50依賴端部繞組之間的間隙的位置在軸向上定位。即，提供增強長度超過其它鄰近線圈對的鄰近線圈對之間的冷卻空氣的流動的工具。例如，如圖2和3的比較所示，軸向最靠近轉(zhuǎn)子主體的開孔58a在緊密鄰近轉(zhuǎn)子主體的極表面的第一對端部繞組的線圈之間保持相通。與轉(zhuǎn)子主體的端部進一步軸向隔開的端部繞組線圈之間的間隙通過另外的開孔通風(fēng)。因此，開口58b(圖3)與凹槽60及與轉(zhuǎn)子主體的端部進一步軸向隔開的線圈之間的間隙保持相通。開孔58c與端部繞組的最大線圈相通，以使這些線圈通風(fēng)到一對凹槽60內(nèi)。如圖2所示，通道60在相對端部與轉(zhuǎn)子和定子之間的空氣間隙相通。并且如圖4B和4D所示，端部繞組的線圈由于它的展平縮短了。因此將認識到，不需要穿透保持環(huán)54或在端部繞組本身的線圈內(nèi)產(chǎn)生開口，端部蓋子通風(fēng)裝置可傳輸冷卻介質(zhì)并增強冷卻性能。
如圖5A-5D所示，端部蓋子50也適用于傳統(tǒng)發(fā)電機的端部繞組。在這種發(fā)電機內(nèi)，勵磁線圈位于轉(zhuǎn)子主體內(nèi)的軸向槽37內(nèi)并由楔子39保持在這些槽內(nèi)。與以上所描述的相似，勵磁繞組延伸以形成展平的端部繞組。端部蓋子50覆蓋端部繞組的展平部分并相似地為冷卻介質(zhì)提供通風(fēng)通道。
盡管連同當前被認為最實用的和為優(yōu)選實施例的實例一起描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解本發(fā)明不限制于批露的實施例，相反地，本發(fā)明意在覆蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種更改和等價裝置。
部件列表

權(quán)利要求
1.一種用于電機內(nèi)轉(zhuǎn)子(30)的勵磁繞組的端部繞組裝置，其包括多個端部繞組(40)，其從轉(zhuǎn)子極延伸且彼此隔開，所述端部繞組形成橫過極的寬度的通常展平的表面(47)；及蓋子(50)覆蓋通常展平的表面，且具有至少一個通路(58，60)，以使冷卻氣體從隔開的端部繞組之間的間隙穿過蓋子流至電機轉(zhuǎn)子和固定部分之間的間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的蓋子具有至少一個沿著其外表面軸向延伸的通道(60)，其形成所述流動通路的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的流動通路包括穿過蓋子的開孔(58)，其從蓋子的徑向內(nèi)表面延伸至蓋子的徑向外表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述蓋子包括至少一個沿著蓋子外表面軸向延伸的通道(60)并與所述開孔相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述蓋子包括多個周向間隔，軸向延伸的通道(60)及多個從所述蓋子的徑向內(nèi)表面延伸且分別與端部繞組和所述通道之間的空間相通的開孔(58)，所述開孔和所述通道形成通路，以使冷卻氣體從隔開的端部繞組之間穿過蓋子流至間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述通道(60)包括沿著蓋子外表面形成的凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中凹槽穿過蓋子的相對端部開口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其包括圍繞端部繞組和端部蓋子的保持環(huán)(54)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述端部繞組彼此軸向隔開，且包括不同長度的線圈(49，51)，及相對于在所述第二對線圈之間穿過蓋子的冷卻氣體的流動，用于增強從具有超過第二對線圈(51)的長度的長度的第一對軸向鄰近的線圈(49)之間穿過蓋子的冷卻氣體的流動的工具(58a，58b，58c)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述蓋子包括多個周向間隔，軸向延伸的通道(60)及多個從所述蓋子的徑向內(nèi)表面延伸且分別與端部繞組和所述通道之間的空間相通的開孔(58)，所述開孔和所述通道形成通路，以使冷卻氣體從隔開的端部繞組之間穿過蓋子流至間隙，所述端部繞組彼此軸向隔開，且包括不同長度的線圈(49，51)，及相對于在所述第二對線圈之間穿過蓋子的冷卻氣體的流動，用于增強從具有超過第二對線圈(51)的長度的長度的第一對軸向鄰近的線圈(49)之間穿過蓋子的冷卻氣體的流動的工具(58a，58b，58c)。
全文摘要
發(fā)電機轉(zhuǎn)子主體(47)的勵磁繞組的端部繞組(40)是展平的。具有平坦下表面(52)的蓋子(50)覆蓋展平的端部繞組且封閉環(huán)(54)圍繞端部繞組和蓋子延伸。開孔(58)穿過蓋子形成且與端部繞組的線圈之間的間隙相通，且通道(60)沿著蓋子的外表面形成。通道和開孔形成通風(fēng)路徑，以使冷卻介質(zhì)穿過端部繞組向外流入轉(zhuǎn)子主體和定子之間的空氣間隙。
文檔編號H02K3/50GK1694333SQ20051006779
公開日2005年11月9日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者C·A·卡明斯基, R·J·奈加德, S·W·李, Y·王, A·S·塔納夫德 申請人:通用電氣公司