专利名称：带次槽的转子中转子槽的绝缘的制作方法
技术领域：
本发明涉及对带有次槽的电机的以常规方式冷却的转子中转子槽绝缘部分的改进。
一般的大型电机采用锻造的磁性材料转子，转子中有机加工的槽，转子槽的绝缘系统是通过使次槽中的冷却剂气流经过导体和绝缘层中开孔的这种常规方式而进行冷却的。以这种方式，对于转子槽的形状、绝缘、以及使线圈散热的冷却气流通道的效率，都存在着难以克服的空间利用设计问题，特别是对于希望能通过极高电流的场合更是如此。例如，转子槽中的各铜条是用一些槽衬或绝缘片而与转子的磁性材料绝缘的。由于大型电机转子带有使冷却剂气体流过铜绕组中的径向气流通道的次槽，因此绕组除了要与转子材料绝缘之外还必须支承在次槽上面。通常是在转子槽与次槽连接处放置较厚的称之为次槽罩的绝缘片来完成这些功能的。除了完成支承和绝缘功能外，次槽罩还设有绝缘的孔，使冷却剂气体可由次槽流到铜绕组中。当然，这些孔减小了导体到转子的电路长度，因此，在绕组与转子槽底部之间提供了一条沿面漏电(electrical creepage)路经。另外，一个值得注意的绝缘问题是气体冷却剂本身可能被例如碳尘的导电颗粒所污染。
由于存在这些问题，因此已有技术的次槽罩采用了相当复杂的形状，例如
图1中所示的构形。图1示出了一个次槽10和具有图示断面的一个全宽度的次槽罩1，其中还包括沿其长度方向的机加工成间距2至4英寸的通气孔6。将一种呈L形的槽衬2和3的短脚插到次槽罩每一侧面的窄缝中，并在将其装置到转子槽中之前用粘接剂粘紧。
吉金斯(Jenkins)等人于1989年8月22日公告的共同转让的美国专利US-4859891中的图1示出了这种次槽罩。该已共同转让的专利还示出了另外设计方案的几个实施例，其中次槽也可加工成与转子槽具有相同的深度。这种方案允许插入一个U形槽衬，例如，该槽衬可穿过整个槽和次槽而延伸，其中的绕组导体是用第二个U形插入件支撑在次槽上面的，而该U形插入件是紧贴安置在槽底部的U形槽衬的里面。尽管这种方案不再需要次槽罩，但它只能改善空间利用率。
再一种方案是装设两个直条的槽衬片，并在槽的顶端和底端处设有厚的绝缘挡块(creepage block)。虽然该实施例的次槽罩看来没有图1所示的那样复杂，但其径向空间利用率较低，结果导致须用较大的转子，并且须要额外的加工，以便在绝缘挡块上加工出通气孔。
还有一种方案是将大量短塑料块压制在一起，以形成一个具有图1所示断面的次槽罩。这些塑料块的轴向长度应与通气孔的间距一致，使每一块中都有一个通气孔。这些塑料块与单独一个U形槽衬装配在一起，其方法是压其中一个塑料块，使之压穿U形槽衬底部的孔口，而从U形套的另一侧将一个相配的塑料块接合到其上。这种装配方法应对U形槽衬套整个长度上的每一个孔重复进行。显然，这一方案相当复杂和费时。
发明人发现，在采用带有次槽的转子的电机中，转子槽能用两个槽衬来绝缘，其中每一槽套都有一个附加的弯折部分，于是利用该槽衬表面的两侧和使其沿面漏电路径几乎完全伸到径向的轴平面内而使该槽衬部件能伸到次槽中。这种延伸的沿面漏电路径的表面自身是干净的，因为它们不会聚集碳尘和其他来自气体冷却剂的有害物质。另外，发明人对于转子槽绝缘问题的新构思是不用使用次槽罩。
因此，本发明的基本目的是提供一种较简单的更通用的转子槽绝缘系统，该系统部件较少但却能使转子的冷却均匀有效。
参照以下说明，所附的权利要求和附图可更清楚地了解本发明的上述目的和其他目的以及本发明的优点。
图1是电机转子槽和次槽的简图，图中示出已有技术中的呈L形的槽衬和次槽罩。
图2是转子槽的剖面图，图中示出按本发明专门压制的槽衬，该槽衬径向延伸到次槽中，并且无需次槽罩。
如图1所示，使用呈L形的槽衬2和3是公知的，它们与次槽罩1配合，用于使转子槽中的铜排绕组4与转子铁心5绝缘。次槽罩和槽衬被制成在槽和次槽10的整个长度上延伸，并且可做成具有图1所示的相当复杂的断面形状。
这种次槽罩包括在带次槽的转子设计方案中，转子中具有将气体冷却剂输送到铜排的径向通道6中的次槽。因此，次槽罩需有孔，孔之间一般间隔2到4时，使气体冷却剂(例如空气或氢气)可从次槽10流过铜条中的孔6。然而，次槽罩绝缘体中的这些孔造成了沿面漏电或放电路径，工作时其中可受到导电颗粒例如气体冷却剂中所含碳尘的污染，所以，像图1所示的这类已有技术中的次槽罩采用了相当复杂的形状和具有较厚的厚度。如图1所示，L形槽衬元件的短脚插到次槽罩两侧的窄缝中，并在组装到转子槽中之前用粘合剂将其粘牢。然后，将绕组导体4，绝缘挡块7和燕尾形槽楔8装入槽中。绝缘挡块7使铜排与燕尾形槽楔绝缘，槽楔承受转子运转时作用在线圈上的径向向外的力。
如图2所示的，本发明人设计了两个用常规材料制的槽衬12和13，槽衬上有附加的弯折部分或是非径向的槽衬部分，从而借助其伸出部分12a和12b使槽衬部件插到次槽10中，并与次槽的侧面有一定间隔。其它部件如导体4、转子铁心5、径向孔6、绝缘挡块7和燕尾形槽楔8与图1所示的大致相同。上述方案所造成的额外的沿面漏电路径长度使得不再须要在底层导体4和次槽10之间设置次槽罩。省去次槽罩还可使转子的冷却更为均匀，并使组件的成本较低。
如图2所示，槽衬两半的附加的弯折部分径向伸到次槽中，使沿面漏电路径的有效长度为x、y、z尺寸之和。因此，由于已增加了长度的内外表面对底层导体与转子铁心之间沿面漏电距离的有利影响，使每个伸出部分12a和12b的最小长度可为所需的沿面漏电路径长度的一半左右。
尽管以上是以矩形槽为例来叙述这种改进了的转子槽绝缘部分，显然，其构思同样适用于斜槽。此外，上述典型实施例的构思对于任何带次槽的转子槽也是可用的。也就是说，它可用任何有径向流的转子设计中和双冷转子设计中，而与极的数目或每极线圈的数目无关，此外尚可用于任何带有次槽的以传统方式冷却的转子中。
除上述优点外，值得注意的是，直接将导体暴露于次槽上可增强场线圈的安匝容量。由于本发明的绝缘方案不使用次槽罩及其复杂的几何构形，其底部导体的底面直接暴露在次槽内的冷却剂气流中，因此本发明的绝缘方案具有此优点。这种方案增大了导体暴露于气体冷却剂中的总面积，因而降低了现有技术中所经受到的温升。
所述实施例的另一优点是这类转子的轴向温度分布更为均匀。也就是说，已有技术转子，其轴向中心通常较冷，而向转子两端逐渐变热。这是由次槽的汇流效应而造成的，因为气体冷却剂一直流到各径向管道，汇流效应使流到次槽速度较高处的开始的或最后的径向管道的转弯损失(turning loss)较大，而流到次槽速度较低处的较靠近转子轴向中心的径向管道的转弯损失较小。而对于例如图2所示的转子，由于去掉了次槽罩造成的隔绝障碍，使得从转子槽端部附近的转子绕组中能排除较多的热量，以及将其在电机的轴向中心附近处排出，于是使轴向温度分布更为均匀。
此外，很明显，本发明的转子槽绝缘部分的新构思使其占据的空间较小，因而留下了更多的余地给铜排、转子铁心和次槽区。还有，本发明在导体和转子铁心之间利用槽衬表面两侧而提供了必要的沿面漏电路径，因此，这种沿面漏电几乎完全处于径向-轴向平面之内。从保持表面自洁的观点来看(即该表面不聚集来自通常存在于开式通风(open ventilated)电机中的气体冷却剂里的碳尘和其它污染物)，这一特点也是所期望的。在本发明的设计中，利用高速气流和把污染物径向向外拉的离心力的综合作用，使各径向表面保持没有沉积物。
虽然以上结合一个目前被认为是最实用的最佳施例作了描述，但应了解，本发明并不仅限于所述实施例，反之，本发明是要包括属于在所附权利要求的精神实质和范围内的各种修改和各种等同的方案。
权利要求
1.一种电机中所用的槽衬，该电机包括金属转子，转子中有轴向延伸的槽，槽中配置有导体，转子中还有次槽，其特征在于，次槽的宽度小于所述槽的宽度，所述槽衬包括一层绝缘层，该绝缘层沿各所述槽的每侧在所述导体和转子金属之间轴向和径向延伸，并且从所述槽径向向内偏移地延伸而进入所述槽中。
2.如权利要求1所述的槽套，其特征在于，每一所述绝缘层都延伸到所述次槽中一段足以防止在所述导体与转子金属之间沿面漏电的距离。
3.如权利要求1所述的槽套，其特征在于，每一所述绝缘层都延伸到所述次槽中一段足以不再需用绝缘次槽罩的距离。
4.如权利要求3所述的槽套，其特征在于，所述距离至少等于防止在所述导体与转子金属之间沿面漏电的距离的一半。
5.一种电机，其特征在于，该电机具有金属转子，转子中有多个轴向延伸的槽，每个槽都包括大致为径向的第一和第二侧面，转子中还有次槽和与所述侧面及次槽连接的非径向部分，在所述槽中配置有多个导体，并在导体与每个所述槽的所述侧面以及非径向部分之间配有绝缘层，一种改进了的槽绝缘系统包括一种槽衬，该槽衬沿各所述槽的所述第一和第二侧面在所述导体和金属转子之间的大致为径向的第一部分中延伸，并在第二部分中进一步延伸到相应的次槽内，所述径向延伸的各部分在槽-次槽之间的过渡部位由第三个非径向槽衬部分连接起来。
6.如权利要求5所述的改进了的槽绝缘系统，其特征在于，所述每个槽衬的第一和第二径向延伸部分彼此偏离地相对弯折成圆弧形。
7.如权利要求5所述的改进了的槽绝缘系统，其特征在于，所述第二和第三槽衬部分具有共同防止在所述导体与所述转子之间沿面漏电的足够的总长度。
8.如权利要求5所述的改进了的槽绝缘系统，其特征在于，所述第二和第三槽衬部分的总长度为足以防止当不用绝缘的次槽罩时在所述导体与所述转子之间沿面漏电的长度。
9.如权利要求5所述的改进了的槽绝缘系统，其特征在于，所述第三槽衬部分具有足以将所述第二部分与所述次槽的侧面分隔开来的长度。
10.如权利要求5所述的改进了的槽绝缘系统，其特征在于，所述导体中包含用于接纳来自所述次槽的冷却剂的孔。
全文摘要
一种用于具有带次槽的转子的电机中的转子槽的绝缘，包括两个槽衬，每个槽衬都偏置地延伸到转子槽与次槽间的过渡部位，并进而伸入次槽中一段足以不再需用次槽罩的距离，以便提供一条防止在槽中线圈与转子铁心之间沿面漏电的足够长的沿面漏电路径。
文档编号H02K3/34GK1056961SQ9110367
公开日1991年12月11日 申请日期1991年5月28日 优先权日1990年5月31日
发明者克里斯托弗·A·卡明斯基 申请人:通用电气公司