专利名称：用于高速无套筒转子的设备的制作方法
技术领域：
本发明领域大体上涉及航空发动机的同步机，并且更具体地涉及用于无套筒 (sleeveless)高速发动机起动器/发电机转子的设备和系统。
背景技术：
至少一些已知的同步机转子以高旋转速率旋转。作用在容纳于转子中的构件上的离心力与构件的质量、转子的旋转速度和从转子的旋转中心到构件的距离有关。为了使转子构件包含在转子包壳内，已知的转子利用转子的堆叠叠层(lamination)和构件按压在其中的套筒。转子封闭套筒将转子应力维持在可接受的水平。然而，转子封闭套筒也增加了转子的装配重量，且因此增加了同步机的装配重量，并增加了主转子和定子之间的空气隙距离，从而降低了机器的磁效率。
发明内容
在一实施例中，用于电机的高速无套筒转子包括能够绕纵向轴线旋转的轴、至少包围该轴的一部分的转子芯，其中转子芯包括轴向定向槽。该槽包括径向外部槽口、径向内部槽底和在它们之间延伸的槽侧壁。槽底包括顶杆(topstick)附连部件，其从槽底径向向外延伸并且构造成接合定位在槽口中的顶杆，且槽侧壁包含肩部，其构造成接合顶杆，从而防止顶杆的径向向外运动。在另一实施例中，用于电机的高速无套筒转子包括各具有外周缘的多个叠层，其沿转子轴面对面地堆叠，从而形成转子芯，转子芯具有外周表面，其包括多个叠层的边缘。 转子还包括沿转子芯的周向以预定间距间隔开的多个轴向槽，各轴向槽由至少部分沿槽的长度延伸的顶杆封闭。各轴向槽包括构造成接合顶杆的径向外部唇的接合面、径向向内朝槽底延伸的侧壁和从槽底径向向外延伸的附连部件。该附连部件构造成接合顶杆和顶杆楔中的至少一个，使得在定位于槽内的一个或多个构件中产生的离心力在附连部件和接合面之间分担。在又一实施例中，用于电机的叠片芯的叠层包括整体平面主体，其包括外周缘、与外周缘径向隔开的内围缘和多个开口，该多个开口从外周缘径向向内延伸通过主体，使得开口围绕主体弧形地间隔开。开口各包括在外周缘和内围缘之间的槽底缘。槽底缘包括顶杆附连部件，其从槽底缘径向向外延伸并且构造成接合顶杆和顶杆楔中的至少一个。
图1-6示出本文所述的转子和叠层的示范实施例。图1为发动机起动器/发电机(ES/G)组件的示意电气图；图2为图1所示的转子组件的透视图；图3为图1和2所示的由多个叠层构成的主转子叠层的一部分的轴向视图；图4为根据本发明的另一示范实施例的图1和2所示的由多个叠层构成的主转子叠层的一部分的轴向视图；图5为根据本发明的又一示范实施例的图1和2所示的由多个叠层构成的主转子叠层的一部分的轴向视图；并且图6为根据本发明的又一示范实施例的图1和2所示的由多个叠层构成的主转子叠层的一部分的轴向视图。部件列表100发动机起动器/发电机(ES/G)组件102主发电机104永磁发电机(PMG)106激励器106转子组件108轴110PMG 定子112PMG 转子114发电机电压调节器(GVR)116定子绕组118永久磁体120输出122输出124场绕组126激励器转子128激励器定子130交流输出132二极管整流器134直流输出136主转子138主定子140电输出142逆变器/变换器控制器(ICC)144边缘146多个叠层148转子芯150外周延伸200导管202油管路连接件300主转子叠层302中心孔304铜条开孔306主槽
308主转子绕组
310主转子油管
312主转子绕组楔
314槽衬
316顶杆
318开口
320槽底
322径向内部附连部件
324延伸部
326顶杆接合面
328互补接合面
330附连槽
400主转子顶杆
402主转子顶杆楔
404第一固定部件
406第二固定部件
500主转子顶杆
502固定部件
526顶杆接合面
600主转子顶杆
602固定部件
604槽底
626顶杆接合面
628接合面
具体实施例方式以下详细描述通过举例而不是限制的方式图示本发明的实施例。预期本发明对于工业、商业和家庭应用中的旋转机械具有广泛应用。如本文中所用的，以单数形式提出并且前面带着词语“一”的元件或步骤应理解为不排除多个元件或者步骤，除非这种排除被明确地提出。此外，对本发明的“一个实施例”的参考不意图被理解为排除也具有所提出特征的另一实施例的存在。图1为根据本发明的示范实施例、包括主发电机102、永磁发电机(PMG) 104和激励器106的发动机起动器/发电机(ES/G)组件100的示意电气图。在该示范实施例中，ES/ G组件100包括转子组件106，其包括轴108。在该示范实施例中，PMG104包括PMG定子110和PMG转子112。PMG定子110提供电功率给发电机电压调节器(GVR) 114。交流电压通过旋转PMG104的永久磁体118在定子绕组116中产生。GVR114电路对PMG104的输出120进行整流和调制。GVR114的输出122 馈送回到激励器磁绕组124，从而在激励器转子1 上产生交流电压，这引起电流。激励器 106是带有定子1 和三相盘绕激励器转子126的无刷同步机。激励器定子1 在起动模
5式期间具有三相绕组且在发电模式期间具有直流绕组。激励器106的交流电压输出的幅值与场绕组IM上的直流激励电流和转子1 的旋转速度成比例。转子126的交流输出130利用多个二极管整流器132的全波电桥进行整流，整流器轴向地安装在轴108内部，用于直接接触油冷却和低惯性力。来自二极管整流器132的直流输出134提供场电流给主发电机102。主发电机102包括盘绕多极主转子136和星形连接的3 0主定子138。主定子138 的电压输出140的幅值与由激励器转子1 提供的直流输出134电流和主转子136的旋转速度成比例。提供给场绕组1 的输出122的直流激励电压决定来自主发电机102的输出功率的幅值。主发电机102的主定子138的电输出140馈送至相应的逆变器/变换器控制器 (ICC) 142。在连续发电模式期间，主发电机102的交流输出140(120Vac)被整流成例如 270Vdc用于分配。转子106是能够具有大于24，OOOrpm的旋转速度的无套筒高速转子设计。由于无套筒，堆叠在一起以形成转子芯148的多个叠层146的外周缘144也是转子136的外周延伸。图2是根据本发明的示范实施例的转子组件106(如图1所示)的透视图。如图 1所示，转子组件106包括安装在共同轴108上的激励器转子126、PMG转子112和主转子 136。在该示范实施例中，轴108是中空的且形成用于冷却油的导管和用于诸如二极管整流器132的安装空间。在该示范实施例中，主转子136包括转子油冷却系统的机载(onboard) 部分(未在图2中示出)。该机载部分包括油管路连接件202，其构造成将相应的主转子油冷却管(未在图2中示出)联接到轴108。图3是根据本发明的示范实施例的由多个叠层146(在图1和图2中示出)构成的主转子叠层300的一部分的轴向视图。在该示范实施例中，叠层300包括大致圆形的截面，其仅仅部分示出。叠层300包括外周缘144(在图1中示出)，其在转子136完全装配时形成转子136的外周延伸150的一部分。应该注意到，转子136不包括套筒，套筒用于现有技术的高速转子中以降低包含原本必须由叠层接收的作用在转子上的离心力的应力。叠层300包括中心孔302，其在叠层300安装在轴108上时包围轴108。叠层300 包括围绕边缘144周向隔开的多个铜条开孔304。在一个实施例中，开孔304相对边缘144 敞开，而在各种其它实施例中，开孔304相对边缘144封闭。叠层300还包括主槽306，用于承载ES/G组件100的各种装在转子上的构件。例如，主槽306定形成并构造成容纳主转子绕组308、主转子油管310、主转子绕组楔312、槽衬 314和主转子顶杆316。主槽306包括开口 318和槽底320。与现有技术的转子槽相比，槽底320包括附连部件322，其从槽底320径向向外延伸至少部分进入槽306。在该示范实施例中，附连部件 322包括在槽底320和附连部件322之间的延伸部324。在运行期间，顶杆316在转子旋转期间固定各种装在转子上的构件。顶杆316利用构造成接合叠层300上的互补接合面3 的顶杆接合面326固定至主转子136。另外，顶杆316利用附连槽330和附连部件322固定至主转子136，附连槽330在顶杆316的径向内侧中形成。在该示范实施例中，附连部件 322为燕尾形且附连槽330互补地成形以接合附连部件322。在叠层300的周边附近利用接合方法限制顶杆316且在径向内部的附连部件322处利用附连方法限制顶杆316，允许在不利用转子套筒的情况下以相对高的旋转速度运行主转子136。图4是根据本发明的另一示范实施例的由多个叠层146(如图1和2所示)构成的主转子叠层300的一部分的轴向视图。在该示范实施例中，叠层300包括大致圆形的截面，其仅仅部分示出。叠层300包括外周缘144 (如图1所示)，其在转子136完全装配时形成转子136的外周延伸的一部分。叠层300包括中心孔302，其在叠层300安装在轴108上时包围轴108。叠层300 包括围绕边缘144周向隔开的多个铜条开孔304。在一个实施例中，开孔302相对边缘144 敞开，而在多种其它实施例中，开孔304相对边缘144封闭。叠层300还包括主槽306用于承载ES/G组件100的各种装在转子上的构件。例如，主槽306定形成并构造成容纳主转子绕组308、主转子油管310、主转子绕组楔312、槽衬314和主转子顶杆400。在该示范实施例中，主转子顶杆楔402包括构造成联接附连部件 322的第一固定部件404和构造成联接主转子顶杆400的第二固定部件406。主槽306包括开口 318和槽底320，槽底320包括附连部件322。附连部件322从槽底320径向向外延伸至少部分进入主槽306。顶杆400利用主转子顶杆楔402和附连部件322固定至主转子136。在该示范实施例中，主转子顶杆楔402利用第一固定部件404固定至主转子136，该第一固定部件404形成在主转子顶杆楔402的径向内侧中。在该示范实施例中，附连部件322为燕尾形且第一固定部件404互补地成形以接合附连部件322。在可替代实施例中，附连部件322包括例如槽，第一附连部件404相对该槽互补地成形以接合附连部件322。另外，附连部件322可包括紧固件，其联接至互补插入件，该互补插入件形成至或附连至转子136。在径向内部的附连部件322处利用上述附连方法限制顶杆316，允许在不利用转子套筒的情况下以相对较高的旋转速度运行主转子136。图5是根据本发明的又一示范实施例的由多个叠层146(在图1和2中示出)构成的主转子叠层300的一部分的轴向视图。在该示范实施例中，主转子顶杆500为大致组合主转子顶杆楔402(图4中示出)和主转子顶杆400(图4中示出)的结构的单个整体件。 主转子顶杆500利用附连部件322和与固定部件404(图4中示出)大致相似的固定部件 502固定至转子136。主转子顶杆500包括顶杆接合面526，其构造成接合互补接合面528。 因此，主转子顶杆500利用两种独立的方法保持在转子136内，使得作用在槽306中的构件上的离心力在附连部件322和接合面5 之间分担，从而允许转子136被制造为不具有套筒。图6是根据本发明的又一示范实施例的由多个叠层146(图1和2中示出)构成的主转子叠层300的一部分的轴向视图。在该示范实施例中，主转子顶杆600为利用附连部件322和固定部件602固定至转子136的单个整体件。在图6所示的示范实施例中，附连部件322包括从槽底604径向向内延伸的轴向槽，固定部件602包括从固定部件602径向向内延伸的突片以接合该槽。主转子顶杆600包括顶杆接合面626，其构造成接合互补接合面628。因此，主转子顶杆600利用两种独立的方法保持在转子136内，使得作用在槽 306中的构件上的离心力在附连部件322和接合面6 之间分担，从而允许转子136被制造为不具有套筒。用于高速无套筒转子的转子和叠层的上述实施例提供节约成本且可靠的方法用
7于制造高速转子，其将作用在转子槽顶杆上的离心力转移到其它区域，从而降低了一个区域中的集中力。更具体地，本文所述的转子和叠层通过消除对转子套筒的需求便于减轻转子的重量。另外，上述的转子和叠层通过为顶杆提供额外的支持区域便于在转子槽中固定顶杆。因此，本文所述的转子和叠层以节约成本且可靠的方式便于改善转子场绕组的磁效率并减轻转子重量。上文详细描述了用于便于改进转子场绕组的磁效率和减轻转子重量的示范转子和叠层。示出的设备不局限于本文所述的具体实施例，而是，每个实施例的构件可独立地且与本文所述的其它构件分离地应用。每个系统构件也可与其它系统构件组合地应用。本书面描述利用实例公开本发明，包括最佳模式，并且也使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并实施任何合并的方法。本发明的专利保护范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质差别的等效结构元件，则这些其它实例预期在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于电机的高速无套筒转子，所述转子包括轴(108)，其能够绕纵向轴线旋转；和转子芯(148)，其至少包围所述轴的一部分，所述转子芯包括轴向定向槽(306)，所述槽包括径向外部槽口、径向内部槽底(320，604)和在它们之间延伸的槽侧壁，所述槽底包括顶杆附连部件(322)，其从所述槽底径向向外延伸并构造成接合定位在所述槽口(318) 中的顶杆(316)，所述槽侧壁包括肩部，其构造成接合所述顶杆，从而防止所述顶杆的径向向外运动。
2.根据权利要求1所述的转子(136)，其特征在于，所述轴(108)是中空的，所述转子还包括冷却油系统，其包括定位在所述槽(306)中的一个或多个油管(310)，所述油管构造成在所述油管内保持冷却油流；和油管连接器，其构造成将所述一个或多个油管联接为与所述轴的中空内部流体连通。
3.根据权利要求1所述的转子(136)，其特征在于，所述顶杆(316)构造成接合所述肩部和所述顶杆附连部件，使得倾向于使所述顶杆径向向外运动的离心力由所述肩部和所述顶杆附连部件(32 抵制。
4.根据权利要求1所述的转子(136)，其特征在于，还包括定位在所述槽(306)内的一个或多个电绕组套件。
5.根据权利要求1所述的转子(136)，其特征在于，所述转子芯(148)包括多个叠层 (300)，其以面对面的定向堆叠在一起。
6.根据权利要求1所述的转子(136)，其特征在于，所述转子芯包括多个叠层(146)，其各具有大致圆形的截面和外周缘，其中，所述外周缘形成所述转子芯(148)的外周表面。
7.根据权利要求1所述的转子(136)，其特征在于，所述顶杆附连部件(32 包括突片，其构造成接合所述顶杆(316)中的互补成形槽(306)。
8.根据权利要求1所述的转子(136)，其特征在于，所述顶杆附连部件(32 包括槽 (306)，其构造成接合所述顶杆(316)中的互补成形突片。
9.根据权利要求1所述的转子(136)，其特征在于，还包括顶杆楔000)，其构造成接合所述顶杆附连部件(32 和所述顶杆，使得倾向于使所述顶杆径向向外运动的离心力由所述顶杆附连部件(32 通过所述顶杆楔抵制。
10.一种用于电机的高速无套筒转子(136)，所述转子包括各具有外周缘的多个叠层(146)，其沿转子轴(108)面对面地堆叠，从而形成转子芯 (148)，所述转子芯具有外周表面，其包括所述多个叠层的边缘；多个轴向槽(306)，其沿所述转子芯的周向以预定间距间隔开，每个轴向槽由至少部分沿所述槽的长度延伸的顶杆(316)封闭，每个轴向槽包括接合面(5 )，其构造成接合所述顶杆的径向外部唇；侧壁，其径向向内朝槽底延伸；和附连部件(322)，其从所述槽底(320)径向向外延伸，所述附连部件构造成接合所述顶杆和顶杆楔中的至少一个，使得在定位于所述槽内的一个或多个构件中产生的离心力在所述附连部件和所述接合面之间分担。
全文摘要
本发明涉及用于高速无套筒转子的设备。提供一种用于电机的高速无套筒转子。该转子包括能够绕纵向轴线旋转的轴(108)和至少包围该轴的一部分的转子芯(148)，该转子芯包括轴向定向槽(306)，该槽包括径向外部槽口、径向内部槽底(320，604)和在它们之间延伸的槽侧壁，槽底包括顶杆附连部件(322)，其从槽底径向向外延伸并构造成接合定位在槽口(318)中的顶杆(316)，槽侧壁包括肩部，其构造成接合顶杆，从而防止顶杆的径向向外运动。
文档编号H02K1/22GK102347652SQ20111022450
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年7月30日
发明者J·奇沃特, N·K·奥斯丁, X·贾 申请人:通用电气航空系统有限责任公司