专利名称：径向通风发电机转子的封闭通道型轴向通风道及包括该通风道的发电机转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电机的通风转子，尤其涉及形成该转子中通风路径的结构。
发电机转子设有绕组，电流通入绕组内，以产生所需的磁场，从而产生输出功率。一般说，绕组是由装设在转子周围表面或绕组表面以内所形成的槽内的铜带构成的，将这些铜带在其端部连在一起，形成了绕组。电流通过绕组的结果是产生热量，此热量必须扩散出去。有效的散热能使一定尺寸的发电机绕组传导更高量值的电流。
根据一种已知的实现这种热扩散的技术，使冷却气体在每个导电带的叠层下轴向流动，然后经过在带内以及在带间设置的绝缘层内形成的相间隔的径向通风孔沿径向向外引导。这称为径向路径转子通风。
对一定的电流水平，当流过电流的铜导体有效截面增大时，发热率下降。相反，各通风通道有效截面越大，冷却越好。所以，对于一定的转子槽截面积，装设在电流流动方向具有大截面的铜导体与为了冷却气体流动而提供尽可能大的截面，在客观需要上是矛盾的。
本发明的一个目的是消除，至少要最大限度地减少已知发电机转子通风系统的缺陷。
本发明的另一个目的是妥善地处理绕组导体截面积与冷却气体流动面积之间的矛盾。
本发明的一个优点是提供一种新型的轴向通风沟道部件，该部件使得在一定尺寸的转子槽中，在提供具有基本截面积的轴向通风通道的同时，可以得到用于装设导电带的较大截面积。
本发明的上述和其它目的是通过在发电机转子线槽中设置轴向通风沟道来实现的;该沟道为一个细长的封闭管道形式，其截面为多边形，它包围着一个纵向通道;所形成的管道具有一个封闭的下壁和一个相对的基本上封闭的上壁，在上壁上设有多个径向通风长孔，它们沿纵向通道间隔开，如此构形的沟道装设在转子线槽中，该通道与转子轴线平行地延伸。下壁朝向轴转子轴线，上壁朝向离开转子轴线的方向。
图1为在一个径向通路转子槽中一种已知的部件结构截面图。
图2为这种类型部件的第二个已知结构的截面图。
图1和图2在上边已经详述。
图3是本发明一个较佳实施例的截面图;
图4是图3所示沟道的详细平面图;
图5是图3所示沟道按较大比例的截面图;
图6是本发明沟道一端的纵向截面图。
已知技术的各种结构设法解决大截面铜导线与为冷却气体流通提供尽可能大的截面在条件上的矛盾，并取得了不同程度的成果。图1中示出了一个已知的结构，它包括一个绝缘材料制成的槽绝缘垫片或槽衬2，其构形可适配到轴向延伸的转子槽中，且沿着该槽全长轴向延伸。在槽绝缘垫片2内，装设有一个铜沟道4，它是通过把一个扁平带弯成大致呈C形状形成的，结果沟道4的上表面沿其全长敞开。在沟道4上，装设由铜带6和8组成的叠层，绝缘片10置入相邻的铜带之间。实际上，在每个转子槽中设置的铜带8和绝缘片10的数量较图示为多。
铜带6直接放置在沟道4上，结果沟道4和带6一起用作为一个单一的导体。带6和8以及片10都设有互相对准的径向通风通道12，用来径向传导起初沿沟道4所限定的通道轴向流动的冷却气体。图1所示的结构要求带6较厚，以保证在转子组装过程中不变形。由于每个导电带6、8要传导同样水平的电流，就要求所有导电带要有相同的通过电流的截面，且通过使这些截面尽可能大而使发热减至最小。但是，对于给定尺寸的转子槽，导电带越大，沟道4提供的气流通道就越小。因此，为了使沟道4提供的通道具有所需的截面积，带8以及以上各带须作得比片6薄。结果，转子将会在较高温度下运行，且需要较大输入功率。
图2中示出了第二个现有技术的方法。这里，每个转子槽都有一个在其底部铣出来的沟道14，以给冷却气体提供一个轴向流动通路。在沟道14上，放置一个绝缘材料制成的支撑槽绝缘垫片18的较厚的绝缘塑性垫片16，以及由铜带20和放入的绝缘片22组成的叠层。实际上设置的带20和片22的数量也要比图2所描绘的多。所有的带20和片22都设有相互对准的通风孔24，以径向传导起初通过沟道14轴向流动的冷却气体。
图2所示的结构包括相当数量的绝缘层，因而减少了导电带可用的空间。再有，这种结构有相当大的危险，就是高速冷却气体通过沟道14轴向传导会造成垫片16表面材料的剥落，有阻塞径向通风孔的危险，这会产生热不平衡。还有，为了形成所需要的径向通风通道，在槽绝缘片18的底部须冲孔，这就破坏了该部件结构的完整性。
图3示出本发明的一个较佳实施例，它由一个轴向通风通道30构成，沟道30围绕着轴向通风通道32，实质上，除了沿沟道30长度(该长度垂直于图3的平面)间隔开的一个接一个的径向通风的长孔36外，围绕着它的周边完全封闭。在图4中示出了一个这样的长孔36。
沟道30插入绝缘材料制成的槽绝缘垫片38内，并且由绝缘片40与转子线圈的铜带42交替组成的叠层复盖在上面。此处，实际采用的元件40和42的数量也比所描绘的要多。
绝缘片40和铜带42设有与长孔36对准的长孔，以形成径向通风通道44。
对图3所示的沟道，因为它实质上为封闭结构，所以在对由绝缘片40和铜带42组成的叠层提供牢固的机械支撑时，能最大限度地减小设在转子槽内的电气上为惰性的绝缘材料数量。由沟道30所提供的支撑能使全部铜带42得到相同的电流流通截面。
再有，实质上封闭的沟道30消除了高速冷却气体流过通道32会造成绝缘材料剥落的可能性。
进而该通道结构免除了在槽绝缘垫片38底部冲孔的需要。
通过挤压单个铜坯段能容易地构成通道30，然后进行冷加工，以保持所需的机械特性。接着，借助于适配的阳/阴冲模能够在沟道中冲出径向长孔36。
根据本发明另外的特性，长孔36为图4所示细长形状，因此，它们沿沟道30长度的尺寸明显地比其横向尺寸大。由于铜带42中形成的长孔与长孔36的尺寸和构形相同，结果在带42中存在的长孔只是最小限度地减小其电流流动的截面，而长孔36在沟道30轴向的长度给径向冷却气体通风路径以足够大的截面。
举例来说，装设在轴向长度约为91厘米(36英寸)的转子中的沟道30(沟道30的长度与其相同)可以沿转子轴线按约3.53厘米(1.39英寸)间隔设长孔36，且每个长孔36沿转子轴线方向长度可约为2.16厘米(0.85英寸)，宽度约为0.25厘米(0.1英寸)。
图5中示出沟道30的一个实施例，在沟道30装设在轴线长度91厘米转子中，沟道30长度相同的情况下，作为非限定例子给出如下尺寸H＝2.92厘米±0.0127(1.150英寸±0.005)W1＝2.637厘米±0.0127(1.038英寸±0.005)W2＝0.635厘米(0.25英寸)W3＝1.81厘米±0.0127(0.712英寸±0.005)A＝60°R1＝0.163厘米±0.041(0.064英寸±0.016)R2＝0.15厘米(0.06英寸)R3＝0.27厘米±0.041(0.106英寸±0.016)T＝0.229厘米±0.0127(0.090英寸±0.005)
通道32的截面积等于4.12平方厘米(0.639平方英寸)形成沟道30的金属截面积＝2.34平方厘米(0.362平方英寸)如图5所示，沟道30侧壁上端设有加厚部分46，由宽度尺寸W2和角度A描述，这就保证了沟道顶部壁对叠层40、42会提供所需的支撑。
进一步根据本发明，轴向通风沟道能够作为转子线圈导体，因而最大限度地利用每个转子槽。为此，可选定每个沟道端部尺寸使其超过相关的转子本体轴向端部一个短距离，并且，如图6所示的一个沟道端部，沟道30的顶壁48可以切掉，例如，切至加厚部分46的水平，以给形成绕组端匝一部分的铜带50端部提供一个位置。带50例如用铜焊可导电地固定到顶壁48和加厚部分46上。根据本发明的一个实施例，与加厚部分46接触的带50的长度可以是约5厘米。
本发明周边封闭的新型沟道给径向路径转子提供了一个轴向通风通道，对给定的转子槽尺寸，该通道给绕组铜带提供最大空间，因此使铜带电流流过的截面积最大，且减小了所需的励磁机功率。再有，本发明的新型沟道减少了已知结构所需的绝缘数量，同时不再需要在槽绝缘垫片上冲孔。
尽管以上叙述表明了本发明的特定实施例，但要理解，可以作出许多改型而不会脱离本发明的精神实质。附加的权利要求意在包括这些改型，使其归属于本发明实际范围和精神实质之内。
因此，目前揭示的实施例在所有方面考虑作为解释性和非限定性的，本发明的范围，由附加的权利要求而不是以上叙述所指明，从而意在将权利要求等同物的含意和范围内产生的所有变化均包括在内。
权利要求
1.一种装设在发电机转子线槽内的轴向通风沟道(30)，该沟道(30)的特征在于它呈细长、封闭管道的形状，截面为多边形，包围着一个纵向通道(32)；所形成的上述管道具有一个封闭的底壁和一个相对的基本封闭的顶壁，该顶壁上设有多个径向通风的长孔(36)，它们沿上述径向通道(32)间隔设置；上述成形的沟道(30)装设在转子线槽内，上述通道平行于转子轴线延伸；上述底壁面向转子轴线，且上述顶壁朝向离开转子轴线的方向。
2.一种权利要求1限定的沟道(30)，其中上述管道进一步特征在于它的截面一般为梯形，上述底壁限定了梯形较小的底边，且上述顶壁限定了梯形较大的底边。
3.一种权利要求2限定的沟道(30)，其中上述管道进一步特征为相对的两个侧壁在上述顶壁和上述底壁之间延伸，每个侧壁在邻近上述顶壁区域设有加厚部分，作为上述顶壁的支撑。
4.一种权利要求1限定的沟道(30)，其进一步特征在于每个上述径向通风长孔(36)在上述纵向通道(32)方向的尺寸明显地大于其在上述纵向通道(32)横向的尺寸。
5.一种权利要求4限定的沟道(30)，其进一步特征在于每个上述径向通风长孔(36)在上述纵向通道(32)方向的尺寸约为2.16厘米，在上述纵向通道(32)横向的尺寸约为0.25厘米。
6.在一个具有线槽的发电机转子中，该线槽具有底部，其组合的特征在于一个设置在线槽内且靠着槽底部的槽绝缘垫片(38);一个权利要求1限定的装设在上述槽绝缘垫片(38)内的轴向通风沟道(30)，上述通风沟道(30)的底壁靠着上述槽绝缘垫片(38)的一部分;该部分靠着槽底部;以及由装设在上述槽绝缘垫片(38)内且靠着上述沟道(30)顶部的导电带(42)和绝缘片(40)交替组成的一个叠层，每个上述导电带(42)和绝缘片(40)都设有多个径向通风长孔(44)，它们与上述沟道(30)的径向通风长孔(36)对准。
7.权利要求6限定的组合，其进一步特征在于上述管道的截面一般为梯形，上述底壁限定了该梯形较小的底边，且上述顶壁限定了该梯形较大的底边。
8.权利要求7限定的组合，其中上述管道的进一步特征在于在上述顶壁和上述底壁之间延伸的相对的两个侧壁，其每个侧壁在邻近上述顶壁区域都设有加厚部分，作为上述顶壁的支撑。
9.权利要求6限定的组合，其进一步特征在于每个上述径向通风长孔(36)在上述纵向通道(32)方向的尺寸明显地大于该孔在上述纵向通道(32)横向的尺寸。
10.权利要求9限定的组合，其进一步特征在于每个上述径向通风长孔(36、44)在上述纵向通道(32)方向的尺寸约为2.16厘米，上述纵向通道(32)横向的尺寸约为0.25厘米。
11.权利要求6限定的组合，其中上述导电带(42)和上述沟道(30)构成了转子绕组的导体，并且进一步特征在于将上述沟道(30)的每一端连接到转子绕组端匝的导电装置(50)。
全文摘要
一种装设在发电机转子线槽内的轴向通风沟道(30)，它呈细长、封闭管状，截面为多边形，围绕着一个纵向通道(32)，所形成的该管道具有封闭的底壁和相对的基本封闭的顶壁，顶壁上设有多个径向通风长孔(36)，它们沿纵向通道(32)间隔设置，上述成型的沟道(30)装在转子线槽内，通道(32)平行于转子轴线延伸，其底壁面向转子轴线，顶壁朝向离开转子轴线的方向。
文档编号H02K3/24GK1042811SQ8910705
公开日1990年6月6日 申请日期1989年9月9日 优先权日1988年11月14日
发明者卡洛斯·A·吉维洛德, A·波洛 申请人:西屋电气公司