专利名称：具有改进的楔块的发电机转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于发电机转子内的发电机楔块。
技术背景 通常，发电机包括具有多个励磁线圈或绕组的转子。转子由某些旋转源例如涡轮 机转子来驱动，以便转动。转子在接近定子处转动，并且转子的旋转在定子绕组内生成电 流。发电机楔块用于在离心载荷下支撑这些绕组。楔块通常由主磁场叠片组径向支撑。考虑到高速发电机内的显著离心载荷，主磁 场叠片组上的应力经常驱使对叠片材料加以选择，并且导致与磁特性和叠层几何形状有关 的折衷。需要一种发电机转子和楔块设计，其减小或消除由于转子楔块保持问题而引起的 对在叠层磁特性和几何形状中寻求折衷的需要。
发明内容
在发电机转子内使用的楔块包括具有大致三角形形状且具有平坦表面的楔块体， 并且使得当该楔块被放置在发电机转子内时，该平坦表面将限定该楔块体相对于该转子的 旋转轴线的周向范围。该平坦表面延伸到楔块体的径向最外范围。在发电机转子内使用的楔块和绕组的组合包括具有大致三角形形状且具有平坦 表面的楔块体，并且使得当该楔块被放置在发电机转子内时，该平坦表面将限定该楔块体 相对于该转子的旋转轴线的周向范围，并且该平坦表面延伸到该楔块体的径向最外范围。 该平坦表面与一对绕组中的每一个上的配合的平坦表面相接触。发电机转子包括限定轴线的主叠片组。周向间隔开的成对绕组具有被周向放置在 每对绕组之间的楔块。楔块包括具有大致三角形形状且具有平坦表面的楔块体。平坦表 面限定该楔块体相对于该转子的旋转轴线的周向范围，并且延伸到该楔块体的径向最外范 围。所述楔块的平坦表面安放于绕组上径向外侧的表面，以便为绕组提供支撑。楔块的平 坦表面还安放于主叠片组上径向外侧的配合表面。发电机包括定子和转子，其中转子包括限定出轴线的主叠片组。周向间隔开的成 对绕组具有被周向放置在每对绕组之间的楔块。楔块包括具有大致三角形形状且具有平坦 表面的楔块体。该平坦表面限定楔块体的周向范围。该平坦表面延伸到该楔块体的径向最 外范围。楔块的平坦表面安放于绕组上径向外侧的表面，以便为绕组提供支撑。楔块的平 坦表面还安放于主叠片组上径向外侧的配合表面。一种形成用于发电机的发电机转子的方法，其包括限定主叠片组的步骤，其中主 叠片组具有围绕该主叠片组的中心轴线被周向间隔开的开口。周向间隔且对置的绕组对被 放置在主叠片组的开口内。大致三角形的楔块体被周向地插入到每一对绕组中的每个绕组 中间。楔块被设计成具有安放于绕组和主叠片组表面径向外侧的表面，所述主叠片组的表 面限定开口，使得楔块限定用于主叠片组和绕组的径向支撑表面。封套被压配合在楔块和主叠片组周围，以便为楔块提供径向支撑。本发明的这些特征和其它特征可从下面的说明和附图得到最佳理解，下面是附图 说明。
图1示出现有技术的发电机的一部分。图2是本发明的发电机的一部分。图3是转子的一部分的分解视图。图4是示出具有封套的转子的一部分的分解视图。图5示出本发明的楔块。图6A示出本发明楔块的端视图。图6B是沿图6A的线6B-6B取的剖视图。图6C是楔块的俯视图。
具体实施例方式图1中稍微示意性示出了已知发电机10的一部分。如所已知的那样，示意性示出， 转子12被驱动以转动，并且相邻于定子14转动。绕组22和主叠片组23被驱动以随着转 子转动，并且在定子14内生成电流。如所已知的那样，楔块16提供了具有周向端18以支撑绕组22的引导表面。另外， 通过叠片组23的边缘20为楔块16提供了径向支撑，边缘20在径向外表面19处接触楔块 16的端18。如上所述，因为叠片组为楔块16提供了径向支撑，所以用于叠片组的材料有时 候被折衷以便提供用于该支撑的机械特性，而不是选择成用于由其主要功能所要求的磁特 性。图2示出本发明发电机30的一个可能实施例，其消除为楔块径向支撑而对主磁场 叠片组的依赖。在图2的实施例中，转子31相邻于定子14转动。楔块32具有周向边缘表 面34，周向边缘表面34沿着叠片组37的径向外表面36安放。术语“径向”和“周向”相对 于转子的旋转轴线被限定。一般地，平坦侧表面39延伸到楔块32的径向最外范围，并且沿 着绕组38的平坦表面40和叠片组37的部分36的平坦外表面安放。封套50围绕叠片组 37和楔块32。在图2中的实施例，楔块提供对叠片组37和绕组38的径向支撑。因而，消 除了上述的为给楔块提供支撑而对叠片组的材料进行折衷的问题。如从图3中所认识到的那样，组装的转子31具有板44，板44安放于楔块32的端 表面46和146。楔块32的轴向中心部分48径向向外延伸并超出端部46和146。板44为 作用在楔块上的以及在端表面46和146处的径向力提供反作用表面。如图4中所示，封套50具有端部52，在组装时其会覆盖板44和转子31的剩余部 分。封套50可以由碳纤维复合物或者其它合适的材料形成。封套50在楔块32、板44和叠 片组37上是过盈配合。因而，在该实施例中封套为楔块提供径向支撑。在图5中示出楔块32更多的细节。楔块体通常由合适的铝形成，并且可以由与过 去已经在使用的材料类似的材料形成。在一个实施例中，使用2024-T851型铝，但是也可以 选择其它非磁性材料。端表面46和146沿着转子的中心轴线扩展，转子将接纳楔块32。
凸部54连接表面46和48。楔块32的截面在周向边缘34之间延伸，并且包括大 致平坦的表面39和平整的顶部58。顶部58相对于从转子中心轴线延伸的半径是相切的， 同时外表面46(和146)在围绕该同一轴线弯曲在圆弧上。凹槽56形成在表面48内，并且减少了涡电流损失，以便提高发电机的效率。楔块32的截面可以挤压成形为以具有一个或多个空心的腔(未示出)。 如图6A中所示，楔块32具有大致三角形形状，并且围绕演生点(generating point)C定中心。演生点C是半径R 1和R2的起始点(原点)，其中半径Rl延伸到顶表面 48，半径R2延伸到表面46 (并且还将会延伸到表面146)。通过从竖直轴线和水平轴线移动 距离dl和d2、然后限定平行于竖直轴线和水平轴线的线来限定侧表面39。以这种方式，限 定出楔块体的形状。在一个实施例中，距离dl和d2都被标定地选择为1. 325” (33. 6mm)。 在这种楔块中，Rl被选择成2. 625” (66. 7mm)，而半径R2被选择成2. 535” (64. 4mm)。在本 发明的实施例中，dl (或d2)与Rl的比在0.45到0. 55的范围内。同样，正如可以看到的那样，楔块32的端部58被截去。被截的端部58可被限定 为与来自演生点C的半径相切。画出平行于该切线的线，在一个实施例中，到该切线的距离 d3是1. 98” (50. 3mm)。在本发明的实施例中，距离d3对Rl的比在0. 65到0. 75之间。所 获得的楔块形状将具有有益的属性，并且将具有足够的尺寸以采用这种形状为绕组和叠片 组提供所需的支撑。如图6B中所示，凹槽58和中间表面48具有相应的长度d4和d5 ；d5大于d4。在 一个实施例中，d4为0. 060” (1. 52mm), d5为0. 128” (3. 25mm)。在实施例中，d4与d5的比 被选择成在0.4到0.5之间。如图6C中所示，端表面46和端表面146具有不同的长度。端表面46具有长度d6， 而端表面146具有长度d7。表面46的长度更长，因为在该端部必须容纳绕组的跨接几何形 状。绕组必需跨接，并且朝向另一端返回，从而在该端部必需有额外的空间。在一个实施例 中，长度d6为0. 499”，而长度d7为0. 420” (10. 7mm)。在这种楔块内，其具有5. 199” (132mm) 的总长度d8。在多个实施例中，d6对d7的比在1. 15到1. 25之间。在本申请中所公开的楔块能够为叠片组和绕组提供坚固的径向支撑。以这种方 式，叠片组可以被设计成主要或仅仅为了磁特性，并且可以减小或消除由于为楔块提供径 向支撑的需要所致的折衷。在某种意义上，叠片板可以说具有由其侧表面36形成的开口，以便容纳绕组38。 绕组38和楔块32被插入到这些开口内。然后，楔块提供对绕组和叠片组的径向支撑。接 着将套围绕组件(在安装了板44之后)压配合，并且套为楔块32提供径向支撑。尽管已经公开了本发明的实施例，但是本领域技术人员将会在本发明范围内认识 到某些修改。鉴于该原因，应当研究所附的权利要求以确定本发明的真实范围和内容。
权利要求
一种在发电机转子内使用的楔块，包括楔块体，所述楔块体具有大致三角形形状且具有平坦表面，并且使得当所述楔块被放置在发电机转子内时，所述平坦表面限定所述楔块体相对于所述转子的旋转轴线的周向范围；并且所述平坦表面延伸到所述楔块体的径向最外范围。
2.如权利要求1所述的楔块，其特征在于，所述楔块体具有顶部，所述顶部是与所述转 子的轴线相切的平整表面。
3.如权利要求2所述的楔块，其特征在于，作为当所述楔块被安装在发电机内时所述 楔块的径向最外表面的表面相对于所述轴线绕圆弧弯曲。
4.如权利要求3所述的楔块，其特征在于，所述楔块的径向最外表面形成有多个凹槽。
5.如权利要求4所述的楔块，其特征在于，所述凹槽沿所述轴线的轴向长度被选择为 形成在所述楔块的径向最外表面上的介于所述凹槽之间的表面的轴向长度的0. 4到0. 5倍 之间。
6.如权利要求3所述的楔块，其特征在于，所述楔块在每个轴向端处都具有围绕圆弧 弯曲的端表面，并且所述楔块具有围绕圆弧弯曲的中心表面，所述中心表面比所述端表面 从所述轴线间隔更大的径向距离，并且其中，所述楔块的一个端表面比相对的轴向端表面 延伸的轴向长度更大。
7.如权利要求6所述的楔块，其特征在于，所述端表面的长度比在1.15到1. 25之间。
8.如权利要求2所述的楔块，其特征在于，演生点用于限定所述楔块的平坦表面，并且 半径被限定为到所述楔块的径向最外表面，由从所述演生点延伸的水平轴线和竖直轴线、 然后在从所述水平轴线和竖直轴线中每一条间隔的点处限定线来限定所述平坦表面，所述 被限定的线每条都平行于所述竖直轴线和水平轴线引出，并且在所述竖直轴线和水平轴线 与所述被限定的线之间的距离被选择成使得所述距离与所述半径的比在0. 45到0. 55之 间，并且所述被限定的线用于定位所述平坦表面。
9.如权利要求8所述的楔块，其特征在于，到所述平整的顶部的距离还通过从来自所 述演生点的切线移动第三距离来限定，并且所述第三距离被选择成相对于所述半径具有 0. 65到0. 75的比。
10.一种在发电机转子内使用的楔块和绕组的组合，包括楔块体，所述楔块体具有大致三角形形状且具有平坦表面，并且使得当所述楔块被放 置在发电机转子内时，所述平坦表面将限定所述楔块体相对于所述转子的旋转轴线的周向 范围，并且所述平坦表面延伸到所述楔块体的径向最外范围；以及一对绕组，其中所述平坦表面与每个所述绕组上的配合的平坦表面接触。
11.一种发电机转子，包括限定轴线的主叠片组；周向间隔的成对绕组；被周向放置在每一所述成对绕组之间的楔块，所述楔块包括具有大致三角形形状并具 有平坦表面的楔块体，所述平坦表面限定所述楔块体相对于所述转子的轴线的周向范围， 并且所述平坦表面延伸到所述楔块体的径向最外范围；以及所述楔块的所述平坦表面安放于所述绕组上径向外侧的表面，以便给所述绕组提供支撑，并且所述楔块的所述平坦表面还安放于所述主叠片组上径向外侧的配合表面。
12.如权利要求11所述的转子，其特征在于，封套围绕所述主叠片和所述楔块。
13.如权利要求12所述的转子，其特征在于，板被接纳在所述楔块的相对轴向端上，并 且所述封套围绕所述板。
14.如权利要求12所述的转子，其特征在于，所述封套由碳纤维复合物形成。
15.如权利要求11所述的转子，其特征在于，所述楔块体具有形成为平整表面的顶部， 所述平整表面与来自所述转子的中心轴线的半径相切。
16.如权利要求15所述的转子，其特征在于，演生点用于限定所述楔块的所述平坦表 面，并且半径被限定为到所述楔块的径向最外表面，由从所述演生点延伸的水平轴线和竖 直轴线、然后在从所述水平轴线和竖直轴线中每一条间隔的点处限定线来限定所述平坦表 面，所述被限定的线每条都平行于所述竖直轴线和水平轴线引出，并且在所述竖直轴线和 水平轴线与所述被限定的线之间的距离被选择成使得所述距离与所述半径的比在0. 45到 0. 55之间，并且所述被限定的线设定所述平坦表面，并且其中，到所述平整的顶部的距离还 通过从与来自所述演生点的半径的切线移动第三距离来限定，并且所述第三距离被选择成 相对于所述半径具有0. 65到0. 75的比。
17.一种发电机，包括定子；以及转子，所述转子包括限定轴线的主叠片组，周向间隔的成对绕组，被周向放置在每一所 述成对绕组之间的楔块，所述楔块包括具有大致三角形形状且具有平坦表面的楔块体，所 述平坦表面限定所述楔块体的周向范围，并且所述平坦表面延伸到径向最外范围，所述楔 块的所述平坦表面安放于所述绕组上径向外侧的表面，以便为所述绕组提供支撑，并且所 述楔块的所述平坦表面还安放于所述主叠片组上径向外侧的配合表面。
18.如权利要求17所述的发电机，其特征在于，封套包围所述主叠片组和所述楔块。
19.如权利要求18所述的发电机，其特征在于，板被容纳在所述楔块的相对轴向端上， 并且所述封套围绕所述板。
20.一种形成用于发电机的发电机转子的方法，包括以下步骤a)限定主叠片组，所述主叠片组具有围绕所述主叠片组的中心轴线周向间隔的开口；b)将周向间隔对置的绕组对放置在所述主叠片组中的开口内；以及c)限定大致三角形的楔块体，并将所述楔块体周向地插入到每一所述绕组对的每个绕 组中间，并且所述楔块被设计成具有径向向外地安放于所述绕组和主叠片组表面径向外侧 的表面，所述主叠片组表面限定所述开口，使得所述楔块限定用于所述主叠片组和所述绕 组的径向支撑表面。
全文摘要
本发明涉及具有改进的楔块的发电机转子。具体地，提供一种使用在发电机转子内的楔块，其包括具有大致三角形形状且具有平坦表面的楔块体，并且使得当该楔块被放置在发电机转子内时，所述平坦表面将限定所述楔块体相对于所述转子的旋转轴线的周向范围，并且所述平坦表面延伸到所述楔块体的径向最外范围处。公开并且要求保护所有使用该楔块的楔块和绕组的组合、发电机转子、发电机、以及方法。
文档编号H02K3/487GK101847900SQ20101014958
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者G·C·小莱默斯, R·D·拉斯穆森, S·R·加农 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司