專利名稱:電動發(fā)電機冷卻氣流分隔導流板的制作方法
本發(fā)明涉及到電動發(fā)電機，或發(fā)電機，尤其涉及到安裝在發(fā)電機裝置內用以控制并將冷卻氣體引入發(fā)電機裝置中某一冷卻氣體通道內的冷卻氣體導流板。
電動發(fā)電機是一環(huán)形磁芯結構或定子，它由薄金屬片軸向延伸、重疊配置而成。環(huán)形疊層磁芯結構包括一些沿軸向分布的徑向槽，以便在形成定子圓柱孔內圓周面上接納導電體。圓柱體轉子同心地安裝在定子的圓柱孔內，以便在其中旋轉。該轉子在其圓周面上同樣包括一些伸向分布的徑向向內的槽。在轉子內所形成的槽適于接納導體線圈或導體條，以便當激磁時在轉子中建立起某一預定的磁場，從而使旋轉的轉子載著磁場掃過配置于定子中軸向延伸槽內的導電條，于是在定子導體條或電樞中感應出電流，電動發(fā)電機運轉時，在定子磁芯結構中產生相當數(shù)量的熱量，因此需要特殊的冷卻。
轉子配置于環(huán)形磁芯內，和定子保持一定間隙，這樣，在環(huán)形磁芯的內圓周面和轉子的圓柱表面之間就存在一環(huán)形間隙。這一間隙通常被稱作氣隙層或氣隙，與所用冷卻氣體的種類無關。冷卻氣體，諸如氫氣，經冷卻氣體通道被引入到轉子的內部，并從那里經轉子圓周面上的孔排出。在定子磁芯內，有輔助的徑向延伸的通道，正好跟轉子上的孔相對。來自轉子的冷卻氣體流過氣隙，進入相應的定子通道，冷卻定子磁芯。通常的做法是使一風扇部件和轉子連接，并與其一起轉動，以產生一股冷卻空氣流，使其軸向流入軸端氣隙內。然而，沿著并流過氣隙的強制軸向氣流會破壞轉子和定子間的徑向冷卻氣流。因此，在氣隙中采用各種控制氣體手段來控制和引導來自風扇的冷卻空氣，以便最有利于冷卻。在Barton的美國專利3，413，499中，描繪了采用導流板構件型式的上述某種氣體控制裝置。本發(fā)明已轉讓給同一受讓人。
在氣隙中應用導流板有關的問題是由固定的導流板和轉子間通常應用的最小間隙引起的。通常，在轉子裝配以前，將這些導流板裝到磁芯上。在大型的電動發(fā)電機中，轉子具有大的重量，譬如處于幾頓的數(shù)量級。就現(xiàn)有的最小導流板間隙而言，它的裝配和精確找正是頗困難的，并且由于機器的隨后運轉，可能出現(xiàn)導流板損壞。通過采用撓性材料導流板使轉子和定子間密封的最小間隙問題減至最小的嘗試，在Armor的美國專利4，264，834中作出了公開。本發(fā)明已轉讓給同一受讓人。如果導流板構件是由脆性材料制成的，那么可能破裂成碎片掉入氣隙中。通過采用某種導流板構件，它能在轉子安裝到定子磁芯內之后固定在其設計位置上，這些問題便能減小到最小的程度。與導流板在氣隙中有關的另一個問題是振動。發(fā)電機在運轉時可能有較強的振動。導流板通常固定連接于定子磁芯，通過彼此適當?shù)拈g隔可以避免和轉子接觸。然而，由于最小間隙隨后的變化，定子磁芯中的振動可能使導流板的固定逐漸削弱，或者，在某些情況下，可導致氣隙中導流板材料破裂。此外，例如發(fā)電機運轉時的振動，以及由于Barton專利的導流板所得到的懸臂效應，可能容易使突緣21的徑向外部和定子發(fā)生不希望的接觸，以致可能損壞突緣21，使氣體密封效率總的下降。Barton導流板的材料未被說明。然而，其圖2可看作該導流板是由預制的金屬結構組成的整體件。
因此，本發(fā)明的目的是在電動發(fā)電機的氣隙內提供氣流導流板裝置，導流板可在轉子裝進定子后裝入氣隙內，因此，被定義為可拆卸導流板。
本發(fā)明的另一目的是在發(fā)電機的氣隙內提供氣流導流板，該處，出于安裝目的，導流板件被固定在定子上，并且通過撓性突緣在離氣隙軸端的某一預定位置上和定子接觸。
按照本發(fā)明，呈圓柱殼體形式的導流板件同心地安裝在發(fā)電機一端氣隙內轉子的外圍。使冷卻氣流軸向流入導流板安裝處氣隙的軸向端。所述圓柱殼體包括一個向外徑向延伸的撓性突緣，處于其下流或氣體氣密接觸定子的最內端。殼體件將氣隙劃分為外通道和內通道，氣流在其中流動。外通道被撓性突緣封住，進入外通道的氣體被分流流入定子內徑向延伸的冷卻通道內，這些冷卻通道包括一個配置成和外通道保持氣流連通的入口，用以冷卻定子。在一種實施方案中，撓性突緣備有一個氣流控制裝置，它相對于定子具有抗振的氣體密封裝置，在預定的氣體脈動的情況下，控制裝置能向內軸向撓曲，離開定子。在另一實施方案中，撓性突緣包括一徑向外圍部分，它被軸向向外配置，和定子相對以構成氣體密封，其中當外通道內的氣體壓力增加時突緣的徑向外圍部分被迫跟定子緊密接合。
據(jù)認為是新穎的本發(fā)明的性質在附加的權利要求
書中將詳細地被陳述。然而，本發(fā)明本身關于構造和操作方法，連同其它的目的和優(yōu)點，通過參閱所作的關于附圖的詳細敘述會最清楚明了的。
圖1是采用本發(fā)明的可拆卸氣流導流板裝置的發(fā)電機總圖;
圖2是導流板裝置的放大圖，并且是圖1發(fā)電機的一部分;
圖3是圖2導流板裝置放大的分離的剖視圖;
圖4是按照本發(fā)明的導流板裝置的另一實施方案。
現(xiàn)在參照圖1，渦輪發(fā)電機或電動發(fā)電機10包括一環(huán)形定子磁芯11和被配置成在其中同心轉動的轉子12。轉子12的直徑小于環(huán)形磁芯中心腔的直徑，而轉子和定子磁芯間的間隙被稱作氣隙13。為了冷卻，在轉子12上安裝一風扇部件14，與其一起轉動，并產生一股冷卻氣流，諸如氫氣流，進入端部空間15和氣隙13的軸向端部。風扇14還產生一股冷卻氣流，在輸入孔16處軸向進入轉子12，用于冷卻轉子。轉子12內部的冷卻氣體經位于轉子12圓周面上的許多小孔17離開轉子12的本體。定子磁芯11包括徑向通道18，與轉子孔17相對，使來自轉子的冷卻氣體穿過氣隙13而后進入通道18來冷卻定子11。
來自風扇14經端部空間區(qū)15而進入氣隙13的軸向氣流使從轉子小孔17到定子通道18的氣流發(fā)生離散。最嚴重的離散發(fā)生在定子11和轉子12的軸向最外端的或最初的許多氣道或孔處。它們相應地處于定子11和轉子12最接近風扇14的軸端，在該軸端處，氣隙13中的軸向氣流速度最大。在整個敘述中，關于方向的術語，諸如軸向內部、徑向外部等，除非另有規(guī)定，都是相對于已裝入定子11內的轉子12而言的。該氣流離散的結果，最靠近風扇14的定子磁芯11中的軸向氣流通道18不能從轉子12中相應的相對孔中和(或)從氣隙13中獲得充分的冷卻氣體，而最靠近風扇14的定子11的鐵芯片則暴露于大為提高了的而且更為劇烈的波動溫度內，這部分是由于在轉子12和定子11的軸端區(qū)域內增加了磁力線的匝連數(shù)。這一提高的和波動的溫度的一個影響可能使沿圓周延伸的墊片19產生徑向向內運動或移動，該墊片是為了更好地分配定子11中大的夾緊力以保護其鐵芯片而安裝在端面突緣20和定子11之間的。
為了給鄰接于風扇14的定子氣道18提供更合適的氣流，按照本發(fā)明采用了一導流板構件或氣流隔離板21，清楚地表示在圖2和圖3中。參照圖2，導流板21由一圓柱形或環(huán)形殼體部件22組成，它包括在軸向最內端的一徑向向外延伸的環(huán)形密封突緣構件23以及在軸向外端的徑向向外延伸的環(huán)形支撐突緣24。此外，在導流板21的軸向外端設置一徑向延伸的環(huán)形板構件25，和突緣24保持對接關系。板件25的徑向內區(qū)26還作為氣流控制的裝置，設計成和轉子12靠近并保持間隙，以此形成某種迷宮式的氣體密封。板25和突緣24其上可有一大的對齊的孔，或相反在殼體22的徑向外表面上可以是某種開式綱格結構，這樣來自風扇14的冷卻氣流就不受阻地進入設置于殼體22和定子磁芯11之間的壓力通風系統(tǒng)即外通道27中，適當?shù)穆菟?8穿過安裝支架25和突緣24，與外側墊片19連接。內通道37被設置在導流板21和轉子12之間，使氣隙區(qū)13和端部空間區(qū)15保持氣流連通。導流板21可以包括許多環(huán)形扇形體構件，此時，被裝配成如圖示的相拼在一起的關系，排滿在氣隙區(qū)13入口的360°圓周內。這種裝配方式允許在轉子12裝入后再把導流板構件裝入發(fā)電機內。來自風扇14的一部分氣流由導流板21導向進入通道27，而后使其流過定子11中的冷卻通道。通道27將導向氣流和端部空間保持流通，即和來自風扇14的氣流保持連通。通過這一措施，將足夠量的冷卻氣體輸送到定子磁芯11軸端的原先可能供應不足的最初一些通道18內，從而使定子磁芯11的軸端保持較低而更有利的溫度。為了使之更有效，導流板構件21應能捕獲來自風扇14的全部氣體量，并將這一捕獲的氣體經定子11軸端的最初一些冷卻通道加以分流。本發(fā)明的特點是徑向向外延伸的突緣23和定子磁芯構件11保持氣密接觸，以達到最大限度的氣體密封。
然而，正如已指出的，運轉時定子磁芯中出現(xiàn)振動可損壞脆性材料或削弱殼體22和(或)板25的材料，從而使突緣23向內徑向撓曲，并和定子磁芯11分離，結果使將要被導流板21分流的氣體經突緣23過多地逸出。因此，本發(fā)明的另一特點是突緣構件23和殼體件22的環(huán)形內側軸端保持接觸。
現(xiàn)在參照圖3，氣流分隔板21包括一圓柱體或環(huán)形體22，環(huán)形體在其軸向外端具有徑向向外延伸的環(huán)形突緣24以及與突緣24軸向外端面鄰接的環(huán)形支撐板25。在圓柱體22的內軸端有一撓性擋片突緣構件23。突緣構件23包括一弧形底座29，它可以具有某種矩形斷面，其中在軸向外端，即側邊，即底座29的側邊形成一環(huán)形槽30。當端部31插入槽30內時，槽30適于和殼體22的環(huán)形端31相吻合，并緊密裝配在一起。環(huán)形撓性擋片23從底座29上徑向延伸，它可以由預先確定的撓性材料諸如橡膠制成。業(yè)已發(fā)現(xiàn)硅橡膠是特別有效的，因為它有高的氫脆阻力，所謂氫脆是由于和通常被用作冷卻氣體的氫反應使材料硬化或失去撓性。此外，可以采用碳氫聚合物和(或)包含用以產生所希望性質(諸如阻燃性和沖擊阻力)的各種添加劑的碳氫聚合物的混合物所形成的聚合泡沫材料。作為一個例子，可采用能和橡膠混合的聚氨基甲酸酯泡沫材料。
當氣流隔離板21如圖2所示安裝時，用適當?shù)膸赘菟ù┻^板25和突緣24中的相應孔33，將氣流隔離板21和墊片19固定在一起。阻擋片23的端部34和定子磁芯接觸，保持氣密。由于阻擋片23是撓性的，從定子磁芯11傳到殼體22上的振動，如果和阻擋片23在很大程度上不是撓性、即是某種硬的剛性材料時傳遞到殼體上的振動相比，那就安靜得多了。用諸多浸滲基質的熱固樹脂模壓材料來制成各種優(yōu)選間隙的導流板和氣流隔板。這些和另一些類似的材料都是脆性的，而過大的振動可引起不希望的損壞和(或)破裂。就本發(fā)明來說，殼體22可由某種非磁性鋼或模壓材料組成，因為殼體22通過撓性阻擋片23隔絕了振動的有害影響。
萬一空間27內出現(xiàn)超壓情況，圖1中所示的撓性阻擋片23可作為某種減壓裝置。在通道27中超過預定的壓力值會引起阻擋片突緣23軸向向內撓曲，使其和定子磁芯11分離，從而使一些氣體沿著突緣23的端部34流出通道27，降低了通道27中的壓力。在其進口處保持相對穩(wěn)定的氣體壓力，有助于保持穩(wěn)定的氣流流經磁芯11端部中的通道18，同時，引導足夠量的來自風扇14的氣流流經其余的定子通道18。通過這一措施，定子磁芯11的軸端部分保持了較為理想的運轉溫度，溫度變化較小。可以確信，上述的溫度偏移促使墊片19徑向向內移動，從而必然引起對電氣線圈或定子11的導電條電絕緣的潛在破壞。
從圖2中可以看出，當本發(fā)明這一實施方案的導流板21用板25安裝好后，突緣23的端部34和板25的內側26也許需要作獨立的徑向調正，為的是在通道27和氣隙13間形成一預定的氣流阻擋層?？梢圆捎脦追N適當?shù)恼{節(jié)方案。
作為一個例子，板25并不固定在突緣24上，只是通過由螺栓28產生的壓力接觸，并用墊片19裝配在一起。此外，為圖2所示，板25和突緣24中的孔33是有縫隙的或擴大的。裝配時，板25在26處的氣體密封相對于轉子12是可以徑向獨立調正的，而與擋片23的端緣34跟定子磁芯11的接觸無關，以便在來自風扇14進入內通道37的氣流和來自風扇14進入外通道27之間形成所希望的預定的間隙，并在擋片23的端緣34和定子11之間獲得所希望的密封接觸程度。孔33也可以是傾斜的或帶有角度的，以便能進行圓周調節(jié)，特別是如果導流板21內一系列弧形扇形體組成，這些扇形體按并排的關系被裝配以形成360°的整體的情況下，尤其需要這樣。如果導流板21包括一系列弧形扇形體，轉子12和板25接縫處的氣體密封間隙，譬如說，在密封26處可能需要某種調整，而與撓性突緣23的任何調整無關。如圖2所示，在板25和突緣24中，作成有縫隙的螺栓孔33就能使板端緣26徑向調正，而與突緣23的端緣34無關。
參照圖4，其中表示了本發(fā)明的另一實施方案。板25和殼體22按上述方式配置。在圖2中撓性突緣23結構加大了，從而使其徑向外端39可以指向軸向向外而不超過其彈性模數(shù)，因此，突緣23的外端39的徑向向外表面由于外端39彈性彎曲矯正力的緣故能和定子11氣密接觸。運轉時，充氣空間27內的氣體壓力進一步傾向于迫使外端39和定子11接觸，這就增加了外端39上的彈性彎曲矯正力，并在外端39和定子11之間形成一緊密的氣體密封。外端39向著氣隙區(qū)13的軸向端部延伸某一軸向向外的量，足以防止外端39由于氣體壓力以及運轉時突緣23的彎曲或軸向向內折皺而造成指向軸向向內。
在本發(fā)明的目的和優(yōu)點跟各種所示圖例和有關說明結合在一起時，在不背離本發(fā)明的實際精神和范圍的情況下，可以作出多種改進和變更，這對于熟悉本技術領域：
的那些人來說是顯而易見的，因此，希望所有這些改進和變更應包括在下列權利要求
書內。
權利要求
1.在發(fā)電機中具有一轉子和一定子，定子沿圓周方向包圍著轉子，并留有間隔，使其間形成一氣隙區(qū)，上述定子至少包括一冷卻氣道，風扇裝置連接于所述轉子，以引導冷卻氣流進入所述氣隙區(qū)的軸向端部，其特征在于具有一氣體導流板它包括一殼體件，連接于所述定子，沿圓周包圍所述轉子，并配置于其軸向端部的所述氣隙區(qū)，所述殼體件具有一軸向外側面和軸向內端面，所述殼體件分別同上述轉子和定子形成一內、外氣道，所述外通道跟所述風扇裝置保持氣流連通，所述內通道跟所述風扇裝置及所述氣隙區(qū)保持氣流連通，所述的至少一冷卻氣體通道具有一輸入端，跟所述外氣道保持氣流連通。一徑向向外延伸的撓性環(huán)形突緣連于所述殼體件內端的軸端部位，并與所述定子保持氣體密封接合，以阻止外氣道和氣隙區(qū)成氣流連通。
2.按權利要求
1所述的導流板，其特征在于所述導流板包括一非導電材料。
3.按權利要求
1所述的導流板，其特征在于還包括一環(huán)形板，配置在所述轉子周圍，并保持徑向間隔，所述板配置在所述殼體件的軸向外端，并連于所述定子，徑向可調。
4.按權利要求
3所述的導流板，其特征在于所述板包括許多弧形板塊，其中每一弧形板塊相對于轉子是獨立徑向可調的。
5.按權利要求
3所述的導流板，其特征在于所述撓性突緣包括一橡膠件。
6.按權利要求
5所述的導流板，其特征在于所述橡膠件包括硅橡膠件。
7.按權利要求
2所述的導流板，其特征在于所述撓性突緣包括某種聚合泡沫材料。
8.按權利要求
7所述的導流板，其特征在于所述聚合泡沫材料包括聚氨基甲酸酯泡沫材料。
9.按權利要求
7所述的導流板，其特征在于所述泡沫材料包括用以形成阻燃性質的添加劑。
10.按權利要求
1所述的導流板，其特征在于所述殼體連于所述定子，成徑向可調的。
11.按權利要求
1所述的導流板，其特征在于所述撓性突緣對所述外通道中的氣體壓力是敏感的，以致當所述外通道內的氣體壓力超出某一預定值時，所述撓性突緣撓曲以降低所述外通道內的氣體壓力。
12.按權利要求
1所述的導流板，其特征在于所述撓性突緣包括一固定于所述殼體件軸向內端的可拆式構件。
13.按權利要求
12所述的導流板，其特征在于所述撓性突緣包括一環(huán)形底座，所述環(huán)形底座其上具有一環(huán)形槽，用以和所述殼體件的軸向內端接合。
14.按權利要求
3所述的導流板，其特征在于所述環(huán)形板包括第一調整裝置，用以調整所述板相對于所述轉子的徑向配置，所述支承裝置包括第二調整裝置，用以調整撓性突緣的徑向位置，而與所述環(huán)形板無關。
15.按權利要求
1所述的發(fā)明，其特征在于所述撓性突緣的徑向外端指向所述氣隙區(qū)的軸端，這樣在所述撓性突緣徑向外端的徑向外表面和所述定子之間便達到了氣密接合。
16.具有一轉子及沿圓周包圍該轉子并與其保持間隔的定子的發(fā)電機，其特征在于用該發(fā)電機的導流板包括
具有縱向軸線的空心殼體件，該殼體件被用于配置在定子和轉子之間的空間內，從而沿圓周包圍該轉子;連于所述殼體件的支承裝置，用以使上述殼體件跟所述定子和轉子保持間隔;連于所述殼體件的撓性突緣，所述突緣用于和所述定子保持氣密接觸。
17.按權利要求
16所述的導流板，其特征在于所述突緣自所述殼體件的一端徑向向外延伸。
18.按權利要求
16所述的導流板，其特征在于所述突緣包括橡膠件。
19.按權利要求
18所述的導流板，其特征在于所述橡膠件包括硅橡膠件。
20.按權利要求
16所述的導流板，其特征在于所述殼體件包括許多弧形殼體部分，上述支承裝置包括調整裝置，用以獨立徑向調整眾多的弧形殼體部分。
專利摘要
在具有一環(huán)形定子磁芯和一在其中同心旋轉的圓柱形轉子并在兩者之間形成一氣隙區(qū)的發(fā)電機內，配置于氣隙區(qū)的導流板包括一沿圓周包圍所述轉子的殼體件，并包括一在內、外軸端各自徑向向外延伸的環(huán)形突緣件。在外軸端的環(huán)形板連接于軸向外端突緣，并固定在所述定子上，可徑向調整。軸向內突緣包括一撓性材料，如硅橡膠，和定子成氣密接合。配置于導流板和定子間的外部第二通道借撓性突緣把氣隙區(qū)軸向封隔，使外通道中的氣體至少分流到定子中的一個冷卻通道中去。
文檔編號H02K9/18GK87102423SQ87102423
公開日1987年10月14日 申請日期1987年3月31日
發(fā)明者金·亨特·克朗斯, 詹姆斯·布朗利·阿奇博 申請人:通用電氣公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan