專利名稱：帶次槽的轉子中轉子槽的絕緣的制作方法
技術領域：
本發明涉及對帶有次槽的電機的以常規方式冷卻的轉子中轉子槽絕緣部分的改進。
一般的大型電機采用鍛造的磁性材料轉子，轉子中有機加工的槽，轉子槽的絕緣系統是通過使次槽中的冷卻劑氣流經過導體和絕緣層中開孔的這種常規方式而進行冷卻的。以這種方式，對于轉子槽的形狀、絕緣、以及使線圈散熱的冷卻氣流通道的效率，都存在著難以克服的空間利用設計問題，特別是對于希望能通過極高電流的場合更是如此。例如，轉子槽中的各銅條是用一些槽襯或絕緣片而與轉子的磁性材料絕緣的。由于大型電機轉子帶有使冷卻劑氣體流過銅繞組中的徑向氣流通道的次槽，因此繞組除了要與轉子材料絕緣之外還必須支承在次槽上面。通常是在轉子槽與次槽連接處放置較厚的稱之為次槽罩的絕緣片來完成這些功能的。除了完成支承和絕緣功能外，次槽罩還設有絕緣的孔，使冷卻劑氣體可由次槽流到銅繞組中。當然，這些孔減小了導體到轉子的電路長度，因此，在繞組與轉子槽底部之間提供了一條沿面漏電(electrical creepage)路經。另外，一個值得注意的絕緣問題是氣體冷卻劑本身可能被例如碳塵的導電顆粒所污染。
由于存在這些問題，因此已有技術的次槽罩采用了相當復雜的形狀，例如
圖1中所示的構形。圖1示出了一個次槽10和具有圖示斷面的一個全寬度的次槽罩1，其中還包括沿其長度方向的機加工成間距2至4英寸的通氣孔6。將一種呈L形的槽襯2和3的短腳插到次槽罩每一側面的窄縫中，并在將其裝置到轉子槽中之前用粘接劑粘緊。
吉金斯(Jenkins)等人于1989年8月22日公告的共同轉讓的美國專利US-4859891中的圖1示出了這種次槽罩。該已共同轉讓的專利還示出了另外設計方案的幾個實施例，其中次槽也可加工成與轉子槽具有相同的深度。這種方案允許插入一個U形槽襯，例如，該槽襯可穿過整個槽和次槽而延伸，其中的繞組導體是用第二個U形插入件支撐在次槽上面的，而該U形插入件是緊貼安置在槽底部的U形槽襯的里面。盡管這種方案不再需要次槽罩，但它只能改善空間利用率。
再一種方案是裝設兩個直條的槽襯片，并在槽的頂端和底端處設有厚的絕緣擋塊(creepage block)。雖然該實施例的次槽罩看來沒有圖1所示的那樣復雜，但其徑向空間利用率較低，結果導致須用較大的轉子，并且須要額外的加工，以便在絕緣擋塊上加工出通氣孔。
還有一種方案是將大量短塑料塊壓制在一起，以形成一個具有圖1所示斷面的次槽罩。這些塑料塊的軸向長度應與通氣孔的間距一致，使每一塊中都有一個通氣孔。這些塑料塊與單獨一個U形槽襯裝配在一起，其方法是壓其中一個塑料塊，使之壓穿U形槽襯底部的孔口，而從U形套的另一側將一個相配的塑料塊接合到其上。這種裝配方法應對U形槽襯套整個長度上的每一個孔重復進行。顯然，這一方案相當復雜和費時。
發明人發現，在采用帶有次槽的轉子的電機中，轉子槽能用兩個槽襯來絕緣，其中每一槽套都有一個附加的彎折部分，于是利用該槽襯表面的兩側和使其沿面漏電路徑幾乎完全伸到徑向的軸平面內而使該槽襯部件能伸到次槽中。這種延伸的沿面漏電路徑的表面自身是干凈的，因為它們不會聚集碳塵和其他來自氣體冷卻劑的有害物質。另外，發明人對于轉子槽絕緣問題的新構思是不用使用次槽罩。
因此，本發明的基本目的是提供一種較簡單的更通用的轉子槽絕緣系統，該系統部件較少但卻能使轉子的冷卻均勻有效。
參照以下說明，所附的權利要求和附圖可更清楚地了解本發明的上述目的和其他目的以及本發明的優點。
圖1是電機轉子槽和次槽的簡圖，圖中示出已有技術中的呈L形的槽襯和次槽罩。
圖2是轉子槽的剖面圖，圖中示出按本發明專門壓制的槽襯，該槽襯徑向延伸到次槽中，并且無需次槽罩。
如圖1所示，使用呈L形的槽襯2和3是公知的，它們與次槽罩1配合，用于使轉子槽中的銅排繞組4與轉子鐵心5絕緣。次槽罩和槽襯被制成在槽和次槽10的整個長度上延伸，并且可做成具有圖1所示的相當復雜的斷面形狀。
這種次槽罩包括在帶次槽的轉子設計方案中，轉子中具有將氣體冷卻劑輸送到銅排的徑向通道6中的次槽。因此，次槽罩需有孔，孔之間一般間隔2到4時，使氣體冷卻劑(例如空氣或氫氣)可從次槽10流過銅條中的孔6。然而，次槽罩絕緣體中的這些孔造成了沿面漏電或放電路徑，工作時其中可受到導電顆粒例如氣體冷卻劑中所含碳塵的污染，所以，像圖1所示的這類已有技術中的次槽罩采用了相當復雜的形狀和具有較厚的厚度。如圖1所示，L形槽襯元件的短腳插到次槽罩兩側的窄縫中，并在組裝到轉子槽中之前用粘合劑將其粘牢。然后，將繞組導體4，絕緣擋塊7和燕尾形槽楔8裝入槽中。絕緣擋塊7使銅排與燕尾形槽楔絕緣，槽楔承受轉子運轉時作用在線圈上的徑向向外的力。
如圖2所示的，本發明人設計了兩個用常規材料制的槽襯12和13，槽襯上有附加的彎折部分或是非徑向的槽襯部分，從而借助其伸出部分12a和12b使槽襯部件插到次槽10中，并與次槽的側面有一定間隔。其它部件如導體4、轉子鐵心5、徑向孔6、絕緣擋塊7和燕尾形槽楔8與圖1所示的大致相同。上述方案所造成的額外的沿面漏電路徑長度使得不再須要在底層導體4和次槽10之間設置次槽罩。省去次槽罩還可使轉子的冷卻更為均勻，并使組件的成本較低。
如圖2所示，槽襯兩半的附加的彎折部分徑向伸到次槽中，使沿面漏電路徑的有效長度為x、y、z尺寸之和。因此，由于已增加了長度的內外表面對底層導體與轉子鐵心之間沿面漏電距離的有利影響，使每個伸出部分12a和12b的最小長度可為所需的沿面漏電路徑長度的一半左右。
盡管以上是以矩形槽為例來敘述這種改進了的轉子槽絕緣部分，顯然，其構思同樣適用于斜槽。此外，上述典型實施例的構思對于任何帶次槽的轉子槽也是可用的。也就是說，它可用任何有徑向流的轉子設計中和雙冷轉子設計中，而與極的數目或每極線圈的數目無關，此外尚可用于任何帶有次槽的以傳統方式冷卻的轉子中。
除上述優點外，值得注意的是，直接將導體暴露于次槽上可增強場線圈的安匝容量。由于本發明的絕緣方案不使用次槽罩及其復雜的幾何構形，其底部導體的底面直接暴露在次槽內的冷卻劑氣流中，因此本發明的絕緣方案具有此優點。這種方案增大了導體暴露于氣體冷卻劑中的總面積，因而降低了現有技術中所經受到的溫升。
所述實施例的另一優點是這類轉子的軸向溫度分布更為均勻。也就是說，已有技術轉子，其軸向中心通常較冷，而向轉子兩端逐漸變熱。這是由次槽的匯流效應而造成的，因為氣體冷卻劑一直流到各徑向管道，匯流效應使流到次槽速度較高處的開始的或最后的徑向管道的轉彎損失(turning loss)較大，而流到次槽速度較低處的較靠近轉子軸向中心的徑向管道的轉彎損失較小。而對于例如圖2所示的轉子，由于去掉了次槽罩造成的隔絕障礙，使得從轉子槽端部附近的轉子繞組中能排除較多的熱量，以及將其在電機的軸向中心附近處排出，于是使軸向溫度分布更為均勻。
此外，很明顯，本發明的轉子槽絕緣部分的新構思使其占據的空間較小，因而留下了更多的余地給銅排、轉子鐵心和次槽區。還有，本發明在導體和轉子鐵心之間利用槽襯表面兩側而提供了必要的沿面漏電路徑，因此，這種沿面漏電幾乎完全處于徑向-軸向平面之內。從保持表面自潔的觀點來看(即該表面不聚集來自通常存在于開式通風(open ventilated)電機中的氣體冷卻劑里的碳塵和其它污染物)，這一特點也是所期望的。在本發明的設計中，利用高速氣流和把污染物徑向向外拉的離心力的綜合作用，使各徑向表面保持沒有沉積物。
雖然以上結合一個目前被認為是最實用的最佳施例作了描述，但應了解，本發明并不僅限于所述實施例，反之，本發明是要包括屬于在所附權利要求的精神實質和范圍內的各種修改和各種等同的方案。
權利要求
1.一種電機中所用的槽襯，該電機包括金屬轉子，轉子中有軸向延伸的槽，槽中配置有導體，轉子中還有次槽，其特征在于，次槽的寬度小于所述槽的寬度，所述槽襯包括一層絕緣層，該絕緣層沿各所述槽的每側在所述導體和轉子金屬之間軸向和徑向延伸，并且從所述槽徑向向內偏移地延伸而進入所述槽中。
2.如權利要求1所述的槽套，其特征在于，每一所述絕緣層都延伸到所述次槽中一段足以防止在所述導體與轉子金屬之間沿面漏電的距離。
3.如權利要求1所述的槽套，其特征在于，每一所述絕緣層都延伸到所述次槽中一段足以不再需用絕緣次槽罩的距離。
4.如權利要求3所述的槽套，其特征在于，所述距離至少等于防止在所述導體與轉子金屬之間沿面漏電的距離的一半。
5.一種電機，其特征在于，該電機具有金屬轉子，轉子中有多個軸向延伸的槽，每個槽都包括大致為徑向的第一和第二側面，轉子中還有次槽和與所述側面及次槽連接的非徑向部分，在所述槽中配置有多個導體，并在導體與每個所述槽的所述側面以及非徑向部分之間配有絕緣層，一種改進了的槽絕緣系統包括一種槽襯，該槽襯沿各所述槽的所述第一和第二側面在所述導體和金屬轉子之間的大致為徑向的第一部分中延伸，并在第二部分中進一步延伸到相應的次槽內，所述徑向延伸的各部分在槽-次槽之間的過渡部位由第三個非徑向槽襯部分連接起來。
6.如權利要求5所述的改進了的槽絕緣系統，其特征在于，所述每個槽襯的第一和第二徑向延伸部分彼此偏離地相對彎折成圓弧形。
7.如權利要求5所述的改進了的槽絕緣系統，其特征在于，所述第二和第三槽襯部分具有共同防止在所述導體與所述轉子之間沿面漏電的足夠的總長度。
8.如權利要求5所述的改進了的槽絕緣系統，其特征在于，所述第二和第三槽襯部分的總長度為足以防止當不用絕緣的次槽罩時在所述導體與所述轉子之間沿面漏電的長度。
9.如權利要求5所述的改進了的槽絕緣系統，其特征在于，所述第三槽襯部分具有足以將所述第二部分與所述次槽的側面分隔開來的長度。
10.如權利要求5所述的改進了的槽絕緣系統，其特征在于，所述導體中包含用于接納來自所述次槽的冷卻劑的孔。
全文摘要
一種用于具有帶次槽的轉子的電機中的轉子槽的絕緣，包括兩個槽襯，每個槽襯都偏置地延伸到轉子槽與次槽間的過渡部位，并進而伸入次槽中一段足以不再需用次槽罩的距離，以便提供一條防止在槽中線圈與轉子鐵心之間沿面漏電的足夠長的沿面漏電路徑。
文檔編號H02K3/34GK1056961SQ9110367
公開日1991年12月11日 申請日期1991年5月28日 優先權日1990年5月31日
發明者克里斯托弗·A·卡明斯基 申請人:通用電氣公司