直接冷卻的中心孔連接器的製作方法
2023-05-07 20:42:36 1
專利名稱：直接冷卻的中心孔連接器的製作方法
技術領域：
本發明涉及將供應直流功率的勵磁機連接到發電機的磁場去的母線的冷卻。使用於此目的的各種勵磁機包括有帶刷勵磁機和無刷勵磁機，帶刷勵磁機包括有接到發電機磁場端部的集流環上的碳刷，無刷勵磁機包括有整流輪(rectifierwheel)和中心孔裝整流器結構(borepackrectifierconfiguration)。這類整流器組裝在發電機磁場的中心孔內，所有這些勵磁機都要求母線運載從勵磁機流向發電機磁場的DC大電流。
母線連接器的一種結構形式是採用兩個由絕緣片隔開並設置在一根絕緣管子裡的未經絕緣的半圓形銅部件。將這組件滑進發電機磁場的中心孔內，並將每一母線的端部連接到發電機勵磁線圈和勵磁機上。
但是，大電流流過會導致發熱問題，需要對母線進行冷卻。冷卻中心孔母線(borebusbar)的一種方法是利用一根金屬管圍繞著經絕緣的母線並通過焊到金屬管外圓上的角鐵間隔件跟發電機磁場中心孔隔開一個距離，使冷卻氣體或空氣可以在該管子外側與磁場中心孔內側之間的通道內流通，以從母線帶走熱量。然而，絕緣件和管子插入在母線與冷卻介質之間，有損於冷卻效率。
此外，這種結構增加重量、尺寸和複雜性，並且增大發電機磁場中心孔的直徑會在設計上引起許多問題。而且，使金屬管與角鐵組件能滑進發電機磁場中心孔內所必需的金屬管與角鐵組件跟發電機磁場中心孔之間的間隙在工作期間引起活動並發出噪聲。
本發明的一個目的是為一個一體化的DC勵磁機和發電機的中心孔母線提供改進的冷卻結構。
本發明的另一個目的是為一個一體化的DC勵磁機和發電機的中心孔母線提供改進的冷卻結構，這種冷卻結構比現有的冷卻裝置簡單、輕便和小型化。
本發明的又一個目的是為一個一體化的中心孔裝勵磁機(borepackexciter)和發電機提供改進的冷卻結構，這種冷卻結構的噪聲和振動都降低了。
本發明的又另一個目的是提供一種易於製造和組裝的改進的中心孔母線組件。
為實現本發明的上述的和其它的目的，提供一個裝置用以直接冷卻將中心孔裝勵磁機跟發電機連接起來的中心孔母線，這是通過在中心孔母線提供通道並提供裝置將冷卻氣體流通過母線並通過發電機回流至冷卻裝置。
圖1是實施本發明的呈一體的中心孔裝勵磁機和發電機的略圖;
圖2A和2B是沿圖4的箭頭B-B的方向取的、根據本發明將中心孔裝勵磁機連接到發電機去的中心孔母線的剖視圖;
圖3是圖2B的一部分的頂視圖;
圖4是沿圖2B的箭頭A-A的方向取的、示出本發明的不同的實施例的橫截面圖;
圖5是沿圖2A的箭頭5-5的方向取的橫截面圖。
參看圖1，圖中示出發電機1，這發電機具有一個冷卻裝置2裝在其上，並有一個中心孔裝勵磁機3裝在其一端上並由支承件4支承著。冷卻裝置2供給冷卻氣體，用以在發電機1內流通以冷卻發電機的內部，接著回流至冷卻裝置2以排出熱量，然後又將冷的氣體送回到發電機。這個在發電機內的流徑用斷續箭頭6示意地示出。冷卻裝置2還通過管道8把冷卻氣體供應到中心孔裝勵磁機3的一個端頭10，冷卻氣體由此通過中心孔裝勵磁機、通過中心孔裝勵磁機的另一個端頭11、並通過中心孔母線組件14流到發電機1的內部，在那裡，中心孔裝勵磁機的冷卻氣體與發電機的冷卻氣體流6一起流回冷卻裝置2那裡排出熱量，然後冷的氣體按上述方式通過發電機1和中心孔裝勵磁機3進行再循環。
圖2A、2B和3示出中心孔裝勵磁機3和中心孔母線冷卻的細節。參看圖2A、2B和3，圖中示出中心孔裝勵磁機3的端部鄰接於中心孔母線組件14。DC正極銅引線18包容在中心孔裝勵磁機3的殼體17內，銅引線18的端部用機械連接緊固件19通過在中心孔母線組件14內焊到中心孔母線或中心孔導體22上的疊片結構件21連接到正極中心孔母線22上。
同樣地，DC負極銅引線25通過機械連接緊固件26連接到負極中心孔母線或中心孔導體28上。疊片結構件21與正極中心孔母線22跟疊片結構件27與負極中心孔母線28用絕緣片31分隔開。中心孔裝勵磁機3裝有一個用本領域熟知的方式將交流轉化成直流的整流裝置(未示出)。實心銅引線18與25將整流裝置接到中心孔母線22與28上，給發電機磁場線圈35提供直流功率來賦能。連接裝置42將正極中心孔母線22連接到發電機磁場線圈35上。另一個連接裝置(未示出)將負極中心孔母線28連接到發電機磁場線圈35另一端頭上以提供DC電流在發電機磁場線圈35中流通。
正極中心孔母線22和負極中心孔母線28示出在圖2A、2B、3、4和5中。參看圖2A、2B、3、4和5，中心孔母線22在中心孔母線組件14內軸向伸展，滑入就位並保持在設置在中間的絕緣片31與作為一個套管設置在磁場38的中心孔內的絕緣中心管41之間。如圖4所示，中心孔母線22大致呈半圓筒形，具有半圓形橫截面，其貼著絕緣片31的平坦的中心部分44的兩端、在半圓形橫截面的圓周原應跟絕緣片接觸的地方切出缺口槽47與48。這些軸向伸展的槽47和48防止了漏電或爬電電流越過絕緣片31流向負極中心孔母線28。槽47與48消除了原應是靠近設置的尖角。沿著中心孔母線22的半圓形表面的圓周上、在圖4上用弧54表示的約為45°的中心角的部位，切有邊長約為7/8英寸的一對大致上是方形的槽或開口51與52。開口51和52連接到具有一個平行於絕緣片31的頂面63和側面64與65的中心軸向開口或氣體通道62。開口51與52這樣就將正極中心孔母線22的端頭跟形成在中心孔銅導體與絕緣片31之間的中心氣體通道62連接上。
圖2B與圖4清楚地示出在中心孔母線28內的替代槽形開口51與52的實施例。參看圖2B與圖4，從中心孔導體28的靠近中心孔裝勵磁機3的端頭沿軸向鑽出三個圓孔或通道67、68與69將該端頭跟中心氣體通道72連接上。氣體通道72具有一個大致矩形的橫截面，並在中心孔母線28與絕緣片31之間沿軸向伸入中心孔母線組件14內。中心冷卻氣體通道72具有一個平行於絕緣片31的底面73和側面74與75。兩中心孔母線構件22與28的任一個或同時兩個可以採用槽51或52或另一方案圓形通道67、68與69以將中心孔銅構件的端頭連接上中心冷卻通道62與72。
圖2A清楚地示出，中心氣體通道62與72沿典型結構長約30英寸的中心孔導體構件22與28的長度軸向伸展，以分別連接到示出在圖2A與圖5上的跟設置在磁場38的中心孔內的中心氣體通道62與72成直角的半圓形出口開孔78與79。端堵頭構件81與84由絕緣材料製成並用一對絕緣榫銷87安置並保持就位，圖上只示出其中一個榫銷。絕緣片31通過在磁場38的中心孔的端部80內的支承構件81與84設置在絕緣中心管41的中心孔內。支承構件81與84通過4個定位銷88固定到絕緣中心管41上，圖2A上示出了其中兩個定位銷。在磁場38心軸中心孔內的氣體出口通道82讓冷卻氣體通過半圓形開孔78與79流過，流到發電機1的內部，在那裡這部分冷卻空氣跟發電機內的冷卻空氣匯合回到冷卻裝置2去，如圖1的箭頭所示。
本發明的中心孔母線組件14的構形有利於製造與裝配。中心孔母線構件22與28設置在絕緣片31的相對兩側上，榫銷81插入穿過絕緣片31上的孔朝絕緣片的兩側伸展。端堵頭構件81與84通過四個分隔開設置在其上的定位銷88固定到絕緣管41上。中心孔母線組件大體上呈圓筒形並可容易地滑入由磁場心軸中心孔構成的圓筒形殼體內。這兩個中心孔母線藉連接裝置42固定就位在磁場38的心軸中心孔內。由於中心孔母線組件14呈圓筒形，因此，即使這組件比較長，也能夠比較容易地將中心孔導體構件22、28與絕緣中心管41之間的尺寸容差保持得比較嚴。這兩個中心孔導體形成一個直徑約為3.5英寸、長度約為30英寸的圓筒體。這種結構就明顯地跟利用多段角鐵間隔件焊到一根鋼管上來支撐著中心孔銅導體以使冷卻空氣在角鋼、鋼管與發電機磁場38的中心孔之間流通的現有結構不同。這種現有結構製造與裝配都較困難。此外，在這種結構中，要在整個長度範圍內保持緊密的配合是極為困難的，使得由於該組件在磁場中心孔內活動而發生噪聲和振動的問題成為一個共同關切的問題，尤其是因為這些構件同時承受由電流流通而發生的熱和冷卻氣體流動引起的擾動。
在本發明中，冷卻氣體直接在中心孔銅導體內流通，不存在跟間隔件與殼體接觸所帶來的熱損失。此外，冷卻氣流被集中起來，因而對一個給定的冷卻氣體流量來說，氣流速度被提高了，提供了改進的熱傳遞和冷卻效果。由於銅的電阻直接與溫度有關，增強中心孔銅導體22與28的冷卻將降低其電阻，從而由電流流通引起的功率損耗與發熱也就比在較高電阻情況下的低一些。
參看圖1、2A、2B與5可以更好地理解冷卻氣體通過中心孔母線組件14的流徑與循環，在這些附圖中用箭頭表示冷卻氣體總的流徑。在圖1、2A、2B與5中，從冷卻裝置2出來的冷卻氣體通過管道8輸送，通過中心孔裝勵磁機3到達中心孔母線組件14，然後通過槽形開口51與52或通過圓形通道或開口67、68與69分別流入分別在中心孔導體構件22與28中的軸向氣體通道62與72內，沿中心孔銅導體構件的長度方向在其內部流動，直接冷卻該中心孔銅導體構件。冷卻氣體從中心孔銅導體構件的另一端通過半圓形開孔78與79流出中心孔銅導體構件，並通過在絕緣管41上的氣體出口開孔82到達在磁場38內的開孔83，最後到達發電機1的內部，在那裡跟發電機的冷卻氣體匯合到冷卻裝置2，並通過冷卻裝置進行再循環。冷卻裝置2抽出熱量並將冷卻氣體返回到中心孔裝勵磁機3和發電機1進行一個新的冷卻循環。
由此可見，本發明提供了一種改進的、用於一種一體化的中心孔裝勵磁機與發電機的中心孔母線的冷卻結構，這種結構比現有設備的簡單、重量輕和小一些。而且，本發明裝配簡單、易於保持嚴的容差以將噪聲與振動降到最小，同時給中心孔連接裝置提供改進的、直接的高速氣體冷卻。
儘管本發明是結合一些優選實施例來描述的，但應當理解，對結構細節、構件的配置與組合、以及所用材料的種類，可以做出很多種改變，但這類改變都沒有脫離本發明的精神與範圍。
權利要求
1.一種冷卻在一種包括有一個發電機和一個給發電機磁場供給直流功率的勵磁機的發電系統中的中心孔銅導體的冷卻系統，其特徵在於包含有將所述勵磁機電連接到所述發電機磁場的至少有兩個的中心孔導體；將所述中心孔導體分隔開的絕緣件；圍繞著所述中心孔導體和所述絕緣件的殼體；將冷卻氣體供應到所述殼體一端的內部去的裝置；所述中心孔導體具有一條通過其相鄰於所述絕緣件的表面軸向伸展的槽以與該絕緣件結合構成一條冷卻氣體通道；在每個所述中心孔導體上有至少一個入口開口將在所述殼體的所述一端內部內的冷卻氣體連通到所述冷卻氣體通道；在每個所述中心孔導體的相對端的區域內有至少一個出口開孔將所述冷卻氣體通道連通到該中心孔導體外面去；以及將所述冷卻氣體導出所述中心孔裝殼體的裝置；從而冷卻氣體能流過在所述中心孔導體內的所述冷卻氣體通道並跟該中心孔導體直接接觸。
2.按權利要求1的冷卻系統，其特徵在於所述中心孔導體每個基本上是半圓筒形，因而與所述絕緣件結合構成一個圓筒體;並且所述殼體呈圓筒形以有利於該中心孔導體與該絕緣件插入其內。
3.按權利要求2的冷卻系統，其特徵在於有一個絕緣套設置在所述殼體內以將所述中心孔導體跟該殼體分隔開並與之絕緣。
4.按權利要求3的冷卻系統，其特徵在於在所述殼體所述相對端上有支承構件支承著所述絕緣件的端部。
5.按權利要求3的冷卻系統，其特徵在於跟所述中心孔導體的電連接通過在所述殼體的所述一端上支撐著中心孔母線並將其連接到所述中心孔裝勵磁機的疊片結構件來實現。
6.按權利要求4的冷卻系統，其特徵在於所述中心孔導體、所述絕緣件和所述支承構件可在插入所述殼體前裝配起來。
7.按權利要求6的冷卻裝置，其特徵在於有至少一個所述入口開口是具有基本上矩形橫截面的槽。
8.按權利要求6的冷卻系統，其特徵在於有至少一個所述入口開口是具有圓形橫截面的圓柱孔。
9.按權利要求6的冷卻系統，其特徵在於在所述殼體上所述相對端的區域內的開孔讓所述冷卻氣體流出該殼體。
10.按權利要求6的冷卻系統，其特徵在於在所述相對端配置有連接裝置將每個所述中心孔導體連接到所述發電機的磁場繞組以將直流功率供應給所述磁場繞組。
11.一種冷卻在一種包括有一個發電機和一個給所述發電機的磁場繞組供給直流功率的中心孔裝勵磁機的發電系統中的中心孔銅導體的冷卻系統，其特徵在於包含有將所述中心孔裝勵磁機電連接到所述發電機的磁場繞組的至少有兩個的中心孔導體;將所述中心孔導體分隔開的絕緣件;圍繞著所述中心孔導體與所述絕緣件的殼體，該殼體有至少一端設置在所述發電機內;一個將冷卻氣流供給到所述發電機內部以在返回該冷卻裝置進行再循環以前冷卻該發電機的冷卻裝置，該冷卻裝置也將冷卻氣體供給到所述殼體的離開所述一端的遠端;所述中心孔導體具有一條通過其相鄰於所述絕緣件的表面軸向伸展的槽以與該絕緣件結合構成一條冷卻氣體通道;在每個所述中心孔導體上有至少一個入口開口將在所述遠端的所述冷卻氣體連通到所述冷卻氣體通道;在所述殼體所述一端上的每個所述中心孔導體的端頭上有至少一個出口開孔將所述冷卻氣體通道連通到所述中心孔導體外面;所述冷卻氣體流出所述中心孔裝殼體進入所述發電機，跟供應到所述發電機內部的所述冷卻氣流一起返回所述冷卻裝置;從而冷卻氣體能夠流過在所述中心孔導體內的所述冷卻氣體通道並跟該中心孔導體直接接觸。
12.按權利要求11的冷卻系統，其特徵在於所述中心孔導體基本上呈半圓筒形，因而與所述絕緣件結合構成一個在其中心區域內帶有軸向中心孔的圓筒體;並且所述殼體呈圓筒形以有利於該中心孔導體與該絕緣件插入。
13.按權利要求12的冷卻系統，其特徵在於有一個絕緣套設置在所述殼體內以將所述中心孔導體跟該殼體分隔開並與之絕緣。
14.按權利要求13的冷卻系統，其特徵在於支承構件支承著伸展越出在所述殼體所述一端內的所述中心孔導體的所述絕緣件的端部。
15.按權利要求14的冷卻系統，其特徵在於從所述中心孔裝勵磁機到所述中心孔導體的電連接通過在所述絕緣件相對兩側的疊片結構件來實現，該絕緣件還將該中心孔導體支承在所述殼體內。
16.按權利要求14的冷卻系統，其特徵在於所述中心孔導體、所述絕緣件和所述支承構件可在插入所述殼體前裝配起來。
17.按權利要求16的冷卻系統，其特徵在於有至少一個所述入口開口是具有基本上矩形橫截面的槽。
18.按權利要求16的冷卻系統，其特徵在於有至少一個所述入口開口是具有圓形橫截面的圓柱孔。
19.按權利要求16的冷卻系統，其特徵在於在所述殼體上所述一端的區域內的開孔讓所述冷卻氣體流出該殼體。
20.按權利要求16的冷卻系統，其特徵在於在所述一端的連接裝置將每個中心孔導體連接到所述發電機的所述磁場繞組的相對端頭上。
21.按權利要求20的冷卻系統，其特徵在於所述支承構件呈圓形以與所述絕緣套的內部相一致。
22.按權利要求21的冷卻系統，其特徵在於所述疊片結構件具有相互基本上成直角成形的表面，每個疊片結構件的一個表面連接到一個中心孔構件上;並且每個疊片結構件的另一個表面固定到在中心孔裝勵磁機的靠近所述中心孔導體那一端的母線上。
23.按權利要求22的冷卻系統，其特徵在於所述另一表面的端部將所述母線支承在所述中心孔裝勵磁機的所述殼體內。
24.按權利要求10的冷卻系統，其特徵在於所述支承構件呈圓形以與所述絕緣套的內部相一致。
25.按權利要求24的冷卻系統，其特徵在於所述疊片結構件具有相互基本上成直角成形的表面，每個疊片結構件的一個表面連接到一個中心孔構件上;並且每個疊片結構件的另一個表面固定到在中心孔裝勵磁機的靠近所述中心孔導體那一端的母線上。
26.按權利要求25的冷卻系統，其特徵在於所述支承構件呈圓形以與所述絕緣套的內部相一致。
27.按權利要求2的冷卻系統，其特徵在於在所述半圓筒體的平面部分的端部上、在該半圓筒體的圓周跟所述絕緣件會合處，制出沿著圓筒體的長度伸展的缺口槽。
28.按權利要求12的冷卻系統，其特徵在於在所述半圓筒體的平面部分的端部上、在其圓周跟所述絕緣件會合處，制出沿著圓筒體的長度伸展的缺口槽。
29.按權利要求28的冷卻系統，其特徵在於所述圓筒體的直徑約為3.5英寸，其長度約為30英寸。
30.按權利要求6的冷卻系統，其特徵在於所述圓筒體的直徑約為3.5英寸，其長度約為30英寸。
全文摘要
冷卻裝置設置來直接冷卻將一個諸如中心孔裝勵磁機這樣的直流勵磁機連接到一個發電機的磁場上的中心孔母線。用一塊絕緣片分隔開的兩個中心孔母線具有圓形橫截面並用一個絕緣圓筒圍繞著。該中心孔母線包括有鄰接著絕緣片的軸向伸展的槽以構成通道，冷卻氣體流經這些通道以直接冷卻該母線，並通過發電機流到冷卻裝置。
文檔編號H02K3/24GK1045202SQ9010062
公開日1990年9月5日 申請日期1990年2月7日 優先權日1989年2月21日
發明者詹姆斯·布朗利·阿奇博爾德, 保羅·克裡斯琴·拉斯馬森, 柯克·G·奧布賴恩 申請人:通用電氣公司