專利名稱：用于機(jī)器轉(zhuǎn)子的多層復(fù)合環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)，更明確的是涉及一種用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的罩。
背景技術(shù)：
在具有轉(zhuǎn)子和定子的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子設(shè)置有勵磁繞組，當(dāng)接收來自于激勵電源的電流時(shí)其激勵發(fā)電機(jī)。定子設(shè)置有電樞繞組，電能從該繞組輸出。典型轉(zhuǎn)子的構(gòu)成要求勵磁繞組在銑制形成于轉(zhuǎn)子鍛件中的徑向槽里被組裝起來，一條挨著一條。轉(zhuǎn)子勵磁繞組的安裝是通過利用轉(zhuǎn)子楔、轉(zhuǎn)子齒牙和保持環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。
在共同擁有的美國專利6,239,527中公開的用于發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子罩是由非磁性，優(yōu)選由絲纏繞管所構(gòu)成的。該專利所公開的是，罩可以形成為連續(xù)的管或作為多個環(huán)，優(yōu)選地呈橢圓形形狀。
在共同擁有的美國專利6,291,919中，金屬罩屏蔽設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的非磁性罩和繞組組件之間。該罩屏蔽是由諸如鋁的導(dǎo)電材料所構(gòu)成，并且被設(shè)計(jì)成在與磁芯極的良好接觸的同時(shí)，為轉(zhuǎn)子勵磁繞組提供足夠的電磁屏蔽，同時(shí)也向繞組結(jié)構(gòu)提供軸向剛度。但是，對于涉及到應(yīng)力集中的諸如結(jié)構(gòu)和制造問題，金屬屏蔽在復(fù)合罩和上述6,291,919專利中公開的勵磁繞組之間的徑向插入不是令人滿意的解決方案。
在共同擁有的美國專利6,495,942中，轉(zhuǎn)子罩優(yōu)選地是由諸如碳纖維玻璃合成材料的低密度合成材料所構(gòu)成的。
與金屬材料相比，石墨環(huán)氧基復(fù)合層壓體(graphite epoxy basedcomposite laminates)具有顯著的強(qiáng)度系數(shù)(強(qiáng)度對密度的比值)。但是，石墨層壓體具有低的層間剪切強(qiáng)度，并且該復(fù)合物的平面拉伸強(qiáng)度對切斷纖維的表面破壞非常敏感。因此，在旋轉(zhuǎn)應(yīng)力場(諸如轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)罩)中，對作為結(jié)構(gòu)部件的石墨層壓體的使用是個技術(shù)問題。
而且，當(dāng)石墨(碳纖維)復(fù)合物與諸如鋁合金的導(dǎo)電金屬部件相接時(shí)，可能會發(fā)生電化反應(yīng)和由此所導(dǎo)致的腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，優(yōu)選以多環(huán)配制的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子罩作為分層復(fù)合物而構(gòu)成。通常，所述環(huán)包括從石墨(碳)纖維層壓、金屬層和玻璃纖維層所選擇的兩個、三個或更多(多到五個)的層。在以下的詳細(xì)說明中，對本發(fā)明范圍內(nèi)的層的各種組合進(jìn)行描述。
用于特定應(yīng)用的罩環(huán)的長度和布置可以不同。例如，多個相對較短的環(huán)可位于成對的長環(huán)或管段之間。在這種結(jié)構(gòu)變化中，處于中心部分的環(huán)在厚度和軸向長度上也是可以變化的。
在另一個實(shí)施例中，罩可包括沿罩的軸向長度具有不同分層結(jié)構(gòu)的多個尺寸一致或不一致的環(huán)。
不同的區(qū)域或?qū)涌梢苑珠_制成，然后組裝或粘合在一起，但是，如果它們是絲/絲束(filament/tow)纏繞，所述環(huán)也可以與芯層共同纏繞制成。
因此，在一個示范性實(shí)施例中，本發(fā)明涉及在發(fā)電機(jī)中用于轉(zhuǎn)子的罩，該發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子繞組以及定子，所述罩包括多個復(fù)合環(huán)，所述復(fù)合環(huán)沿著轉(zhuǎn)子長度彼此相鄰定位，從而容納著轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子繞組，每個環(huán)包括至少兩個層，這兩個層是從主要(essentially)由金屬、玻璃纖維和石墨纖維層壓體所構(gòu)成的組中所選擇的。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種在發(fā)電機(jī)中用于轉(zhuǎn)子的罩，該發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子繞組以及定子，所述罩包括多個復(fù)合環(huán)，所述復(fù)合環(huán)沿著轉(zhuǎn)子長度彼此相鄰定位，從而容納著轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子繞組，每個環(huán)包括至少三個層，這三個層是從主要由金屬、玻璃纖維和石墨纖維層壓體所構(gòu)成的組中所選擇的；其中所述多個環(huán)包括多個位于成對軸向較長環(huán)之間的較短環(huán)；并且其中所述軸向較短環(huán)在直徑上以相對方向朝向最小直徑的中心環(huán)變化，并且具有不同于所述軸向較長環(huán)的組成。
還是在另一個方面，本發(fā)明涉及一種在發(fā)電機(jī)中用于轉(zhuǎn)子的罩，該發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子繞組以及定子，所述罩包括多個復(fù)合環(huán)，所述復(fù)合環(huán)沿著轉(zhuǎn)子長度彼此相鄰，從而容納著轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子繞組，每個環(huán)包括至少兩個層，這兩個層包括徑向內(nèi)金屬層和徑向石墨纖維層壓外層；其中所述多個環(huán)包括多個位于成對軸向較長環(huán)之間的較短環(huán)，并且所述軸向較短環(huán)在直徑上以相對方向朝向最小直徑的中心環(huán)減少。


圖1是帶有由多個相同直徑的罩環(huán)所形成的罩的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和繞組組件的分解透視圖；圖2是沿圖1中線2-2的局部剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例、穿過罩的局部剖視圖，所述罩沿著罩的長度、由具有不同組成的多個不一致直徑和/或軸向長度的環(huán)形成；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的穿過多個罩環(huán)的局部剖視圖；圖5是穿過多個罩環(huán)的局部剖視圖，示出用于罩環(huán)的材料的各種其它可能的層組合；圖6類似于圖5，但是示出另一種用于罩環(huán)的可能的層布置。
具體實(shí)施例方式
參照附圖1，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子10包括多極磁芯12(圖示為兩極芯)以及多個組裝在相應(yīng)極16、18上的繞組組件14。磁芯12和繞組組件14的結(jié)構(gòu)是公知的，不需進(jìn)一步提供其細(xì)節(jié)。
在繞組組件14被組裝在兩極磁芯12的平行側(cè)面鍛件上之后，罩20在組件上是伸縮的。
在示出在圖1和圖2的實(shí)施例中，罩20是由多個離散環(huán)所組成的管狀結(jié)構(gòu)。在示出的實(shí)施例中，使用具有相同直徑、不同軸向長度的環(huán)。相對較長的環(huán)22被設(shè)置在罩20的相對端，多個較短的環(huán)24軸向位于環(huán)22之間。通常，所述環(huán)是多層復(fù)合體，具有少至兩個以及多至5個離散的層，這些層從包括金屬、玻璃纖維以及石墨(碳)纖維層壓體的組中所選擇。一層金屬層或多層金屬層可由諸如鋁的導(dǎo)電金屬所構(gòu)成。出于公開的目的，術(shù)語中間層或徑向中間層是指在徑向上不是最里面或最外面的任何層。
圖2示出環(huán)22，24的組成。示范實(shí)施例中的每個環(huán)形成有五層。更具體的是，徑向上的最內(nèi)層26是由金屬材料構(gòu)成的。與該金屬層26相鄰的是玻璃纖維層壓層28。當(dāng)中或核心中間層30是由石墨(碳)纖維層壓體所構(gòu)成。徑向上的外層包括玻璃纖維層壓層32，相鄰的中間層，以及徑向上最外層的金屬層34。因此，中間層30作為核心區(qū)域，其將外層32、34與內(nèi)層26、28隔開，并且提供大部分圓周或環(huán)向強(qiáng)度和剛度。這種同樣分層的組成沿罩18的長度應(yīng)用于每個環(huán)22，24中。
在圖3所示的另一個示例性實(shí)施例中，罩36也包括一對位于居中定位的多個軸向較短環(huán)40、42、44的兩側(cè)上的軸向較長環(huán)38，較短的環(huán)40、42、44的直徑以相同的模式朝向最小直徑的中心環(huán)46減少。在這種結(jié)構(gòu)中，所述環(huán)是兩層結(jié)構(gòu)，每個環(huán)的徑向外層48是由石墨(碳)纖維層壓體所構(gòu)成，并且徑向內(nèi)層50是由金屬所構(gòu)成。
圖4示出另一個罩52，其外觀類似于圖3中所示的外觀，但是，在罩52相應(yīng)的相對端部處的較長環(huán)54的組成分別不同于處于罩中心部分的較短環(huán)56、58、60和62的組成。更具體的是，兩個外環(huán)或端環(huán)54中的每一個包括石墨(碳)纖維層壓徑向外層64，中間玻璃纖維層壓層66，以及徑向內(nèi)部金屬層68。每個處于罩中心部分的較短環(huán)56-62包括徑向內(nèi)和外玻璃纖維層壓層70、72，石墨(碳)纖維層壓中間層74夾在所述內(nèi)和外玻璃纖維層壓層之間。
圖5示出多個具有不同組成和直徑的多個罩環(huán)，其僅意在示出構(gòu)成單獨(dú)、離散罩環(huán)的各種類型的層間組合，即圖6沒有示出單個罩的環(huán)。典型地是，如在圖2-4中所示，僅在端環(huán)或外側(cè)環(huán)與罩中心部分的環(huán)之間會有組成和直徑上的不同。在圖5中，從左至右，環(huán)76是由石墨(碳)纖維層壓中間層78所構(gòu)成，而兩個徑向內(nèi)層和外層80和82是金屬層。
環(huán)84是兩層結(jié)構(gòu)，其包括石墨(碳)纖維層壓徑向內(nèi)層86和徑向外金屬層88。
環(huán)90是三層結(jié)構(gòu)，其包括石墨(碳)纖維層壓徑向內(nèi)層92，中間玻璃層壓層94，以及徑向外金屬層96。
環(huán)98是三層結(jié)構(gòu)，其包括徑向內(nèi)玻璃纖維層100，石墨(碳)纖維層壓中間層102，以及外玻璃纖維層壓層104。
環(huán)106是兩層結(jié)構(gòu)，其包括徑向內(nèi)玻璃纖維層108以及石墨(碳)纖維層壓徑向外層110。
環(huán)111是兩層結(jié)構(gòu)，其包括石墨(碳)纖維層壓徑向內(nèi)層112以及徑向外玻璃纖維層113。
圖6示出其它可能的環(huán)的組成。環(huán)114是四層結(jié)構(gòu)，其包括徑向內(nèi)金屬層116，玻璃纖維層壓層118，石墨(碳)纖維層壓層120，以及徑向外玻璃纖維層122。
環(huán)124有類似于環(huán)114的四層結(jié)構(gòu)，除了徑向外玻璃纖維層122被金屬層126所代替以外。
環(huán)128也是四層結(jié)構(gòu)，其包括徑向內(nèi)玻璃纖維層壓層130，徑向相鄰的石墨(碳)纖維層壓層132，另一玻璃纖維層134，以及徑向外金屬層136。
環(huán)138有類似于環(huán)128的結(jié)構(gòu)，除了徑向內(nèi)玻璃纖維層130被金屬層140所代替以外。
環(huán)142是三層結(jié)構(gòu)，其包括徑向內(nèi)玻璃纖維層壓層144，石墨(碳)纖維層壓中間層146以及徑向外金屬層148。
環(huán)150也是類似于環(huán)142的三層結(jié)構(gòu)，但是其中的徑向內(nèi)層和外層已經(jīng)被對置，從而使環(huán)150包括徑向內(nèi)金屬層152，石墨(碳)纖維層壓中間層154以及徑向外玻璃纖維層壓層156。
對絕大多數(shù)的應(yīng)用來說，給定罩的離散環(huán)的組成在整體上會是一致的，但是正如在圖4中已經(jīng)注意到的是，處于罩中心部分的較短環(huán)的組成可能不同于處于罩相對端的較長環(huán)的組成。然而，存在三個主要層類型的許多種組合，它們可以按上面所述結(jié)合圖5和圖6進(jìn)行應(yīng)用。
雖然已經(jīng)通過目前被認(rèn)作為最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，可是應(yīng)該認(rèn)識到的是，本發(fā)明并不受限于所公開的實(shí)施例，相反地是，本發(fā)明意在覆蓋那些包括在所屬權(quán)利要求精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種在發(fā)電機(jī)中用于轉(zhuǎn)子的罩(20)，該發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子繞組和定子，所述罩(20)包括多個復(fù)合環(huán)(22，24)，所述環(huán)沿轉(zhuǎn)子的長度彼此相鄰定位，從而容納所述轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子繞組，每個所述環(huán)包括至少兩個層(48，50)，所述層從主要由金屬、玻璃纖維層壓體和石墨纖維層壓體組成的組中選取。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的罩，其中，所述環(huán)被以預(yù)定的間隔分開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的罩，其中，所述環(huán)被軸向分開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的罩，其中，所述多個環(huán)包括多個定位在成對軸向較長環(huán)(22)之間的多個軸向較短環(huán)(24)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的罩，其中，對于所述多個復(fù)合環(huán)中的至少一些環(huán)來說，所述至少兩個層中的徑向最內(nèi)層(26)包括金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的罩，其中，對于所述多個復(fù)合環(huán)中的至少一些環(huán)來說，所述至少兩個層中的徑向最內(nèi)層(100)包括玻璃纖維層壓層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的罩，其中，對于所述多個復(fù)合環(huán)中的至少一些環(huán)來說，所述至少兩個層中的徑向最內(nèi)層(86)包括石墨纖維層壓層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的罩，其中，對于所述多個復(fù)合環(huán)中的至少一些環(huán)來說，所述至少兩個層中的徑向最外層(34)包括金屬層。
9.一種在發(fā)電機(jī)中用于轉(zhuǎn)子的罩(20)，該發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子繞組和定子，所述罩包括多個復(fù)合環(huán)(52，54)，所述環(huán)沿轉(zhuǎn)子長度彼此相鄰，從而容納轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子繞組，每個所述環(huán)包括至少三個從主要由金屬、玻璃纖維層壓體和石墨纖維層壓體所構(gòu)成的組中選擇的層，其中，所述多個環(huán)包括多個位于成對徑向較長環(huán)(54)之間的徑向較短環(huán)(52)，并且其中，所述徑向較短環(huán)(52)在直徑上以相對方向朝向最小直徑的中心環(huán)(62)變化，并且具有與所述軸向較長環(huán)不同的組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的罩，其中，每個所述較長環(huán)包括徑向內(nèi)金屬層(152)，中間玻璃纖維層壓層(154)以及徑向外玻璃纖維層壓層(156)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種在發(fā)電機(jī)中用于轉(zhuǎn)子的罩(20)，該發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子繞組和定子，所述罩(20)包括多個復(fù)合環(huán)(22，24)，所述環(huán)沿轉(zhuǎn)子的長度彼此相鄰定位，從而容納所述轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子繞組，每個所述環(huán)包括至少兩個層(26，28)，所述層從主要由金屬、玻璃纖維層壓體和石墨纖維層壓體組成的組中選取。
文檔編號H02K3/46GK1607709SQ20041008323
公開日2005年4月20日 申請日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月6日
發(fā)明者王瑜, 克里斯托弗·A·卡明斯基, 梁文棣, 羅納德·R·凱羅, 溫迪·W·L·林, 安德魯·J·塞勒姆 申請人:通用電氣公司