具有改进的中空轴的发电机转子。轴体延伸通过第一轴向距离。花键齿形成在所述中空轴体的内孔中。从所述中空轴体的一端到所述花键齿的远轴向端的距离与所述轴体的整体长度的比率在0.3到0.6之间。转子平衡组件、发电机、和形成发电机转子轴的方法也被公开和要求保护。
形成在所述轴体的内孔上的花键齿，从所述轴体的一个轴向端到所述花键齿的远轴向端的距离与所述第一轴向距离的比率在0.3到0.6之间。
2.如权利要求1所述的发电机转子轴，其中所述轴体形成有凸缘，所述凸缘轴向向内地与所述一个轴向端隔开，并为待被接收在所述轴体内的离合器构件提供止挡。
3.如权利要求1所述的发电机转子轴，其中所述花键齿的轴向长度与从所述一个轴向端到所述花键齿的远轴向端的距离的比率在0.1和0.125之间。
4.如权利要求1所述的发电机转子轴，其中在所述转子轴内具有多个槽，轴向向内地与所述轴体的第二端隔开，所述槽用于允许导线从所述轴体的径向外部穿至所述轴体的径向内部，所述槽围绕所述轴体的中心轴线延伸大于180°。
5.如权利要求1所述的发电机转子轴，其中所述轴体的外周的较大直径部分用于支撑发电机的主绕组，并且在所述较大直径部分的每个轴向侧上具有较小直径部分，这些较小直径部分用于支撑轴承。
6.如权利要求1所述的发电机转子轴，其中从所述轴体的所述一个轴向端到所述花键齿的所述远轴向端的距离与所述第一轴向距离的比率在0.4和0.5之间。
7.如权利要求1所述的发电机转子轴，其中螺纹形成在所述轴体的所述远轴向端以接收永磁体转子。
所述转子轴包括轴体，所述轴体延伸通过第一轴向距离，并且是中空的，花键齿形成在所述轴体的内孔上，从所述轴体的一个轴向端到所述花键齿的远轴向端的距离与所述第一轴向距离的比率在0.3到0.6之间。
9.如权利要求8所述的转子平衡组件，其中支撑轴插入到离合器构件中的中空孔内，并延伸超过所述离合器构件并朝向所述轴体的第二轴向端。
10.如权利要求8所述的转子平衡组件，其中所述花键齿的轴向长度与从所述一个轴向端到所述花键齿的远轴向端的距离的比率在0.1和0.125之间。
11.如权利要求8所述的转子平衡组件，其中在所述转子轴内具有多个槽，轴向向内地与所述轴体的第二端隔开，励磁转子安装在所述轴体上，整流器安装在所述轴体内，来自所述励磁转子的导线连接到所述整流器，并穿过所述槽中的至少一个，所述槽围绕所述转子轴的中心轴线延伸超过180°的周向距离。
12.如权利要求8所述的转子平衡组件，其中所述轴体的外周的较大直径部分支撑所述主绕组部分，并且在所述较大直径部分的每个轴向侧上具有较小直径部分，并且这些较小直径部分的每一个都支撑轴承。
13.如权利要求8所述的转子平衡组件，其中从所述轴体的所述一个轴向端到所述花键齿的所述远轴向端的距离与所述第一轴向距离的比率在0.4和0.5之间。
主绕组部分，其安装到转子轴上以邻近所述定子旋转；以及
所述转子轴包括轴体，所述轴体延伸通过第一轴向距离，并且是中空的，花键齿形成在所述轴体的内孔上，从所述轴体的一端到所述花键齿的远轴向端的距离与所述第一轴向距离的比率在0.3到0.6之间。
15.如权利要求14所述的发电机，其中支撑轴插入到离合器构件中的中空孔内，并延伸超过所述离合器构件并朝向所述轴体的第二轴向端。
16.如权利要求14所述的发电机，其中所述花键齿的轴向长度与从所述一端到所述花键齿的远轴向端的距离的比率在0.1和0.125之间。
17.如权利要求14所述的发电机，其中在所述转子轴内具有多个槽，轴向向内地与所述轴体的第二轴向端隔开，励磁转子安装在所述轴体上，整流器安装在所述轴体内，来自所述励磁转子的导线连接到所述整流器，并穿过所述槽中的至少一个，所述槽围绕所述转子轴的中心轴线延伸超过180°的周向距离。
18.如权利要求14所述的发电机，其中所述轴体的外周的较大直径部分支撑所述主绕组，并且在所述较大直径部分的每个轴向侧上具有较小直径部分，并且这些较小直径部分的每一个都支撑轴承。
(b)在中间位置处的所述内孔内形成花键齿，使得从所述中空体的一端到所述花键齿的远端的长度相对于所述大致中空体的整体长度的比率在0.3和0.6之间。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述花键齿通过拉削操作形成。
具有改进的中空轴的发电机转子
技术领域
[0001] 本申请涉及在发电机中使用的转子轴，其中转子轴构成为更有效地利用空间。
背景技术
[0002] 发电机是已知的并通常包括随转子轴旋转的主绕组。转子轴被选择性地驱动以进而驱动邻近定子的主绕组，并且绕组相对于定子的旋转产生电能。
[0003] 现代发电机具有若干额外附件。作为示例，励磁转子和永磁体转子也被附连到转子轴上。而且，整流器组件可与励磁转子连通。整理器组件被安装在中空转子轴内，然而，励磁转子通常在转子轴的端部。导线可仅通过围绕转子轴的端部延伸而从励磁转子连通到整流器组件。在该位置安装励磁转子的要求提出了非期望的设计约束。
[0004] 而且，在转子轴的大小方面已经做出让步。通常，离合器构件包括花键，花键选择性地向转子轴传递旋转。离合器组件必须能够滑动以使它能够与驱动输入接合或分离。花键通常设置在转子轴的一端。为了在转子轴的远端或近端具有花键连接，这导致对许多设计应用来说离合器构件要么过长要么过短。
[0005] 而且，发电机通常被设计成使得它们经常在低于整体组件的第一固有频率的频率下运行。为实现这个目的，要求增大转子外径，和减小转子的支撑轴承之间的距离。然而，包括若干运行部件的要求已使实现这些目的具有难度。
发明内容
[0006] 发电机转子轴包括延伸通过第一轴向距离的轴体，该轴体是中空的。花键齿形成在中空轴体的内孔中。从中空轴体的一个轴向端到花键齿的远轴向端的距离与轴体的整体长度的比率在0.3到0.6之间。
[0007] 发电机的转子平衡组件包括安装在转子轴的外周上的主绕组。转子轴包括轴体，轴体延伸通过第一轴向距离，并且是中空的。花键齿形成在轴体的内孔上。从轴体的一个轴向端到花键齿的远轴向端的距离与第一轴向距离的比率在0.4到0.5之间。
[0008] 发电机包括定子和安装到转子轴上以邻近定子旋转的主绕组。转子轴包括轴体，轴体延伸通过第一轴向距离，并且是中空的。花键齿形成在轴体的内孔上。从轴体的一端到花键齿的远轴向端的距离与第一轴向距离的比率在0.4到0.5之间。
[0009] 形成发电机转子轴的方法包括以下步骤：形成具有内孔的大致中空体，和在中间位置处的内孔内形成花键齿，使得从中空体的一端到所述花键齿的远端的长度相对于大致中空体的整体长度的比率在0.3和0.6之间。
[0010] 本发明的这些和其它特征将从下面的说明书和附图中得到最好的理解，下面是附图说明。
附图说明
[0011] 图1是发电机的视图。
[0012] 图2是通过图1发电机的截面视图。
[0013] 图3A示出了转子轴。
[0014] 图3B示出了图3A视图的细节。
[0015] 图4是转子轴的外部视图。
[0016] 图5是发电机的端视图。
[0017] 图6示出了包含在发电机中的离合器构件。
具体实施方式
[0018] 图1示意性地示出了包括定子21的发电机20。离合器构件22具有选择性地接合驱动输入300上的齿的齿。离合器构件22还可被驱动以接合驱动输入或从驱动输入上分离。
[0019] 主绕组部分或芯24在定子20附近旋转。励磁转子26和永磁体转子28提供控制和安全功能，并还与它们各自的定子(未示出)结合。轴承30和32被设置在主绕组部分24的相对轴向端部。
[0020] 在图1中用虚线示出驱动输入300，且示意性地示出拨叉301。拨叉301对离合器构件22上的凸轮表面起作用使其朝向或远离驱动输入300，从而可选择性地传递驱动。离合器构件方面，拨叉和驱动输入可在本申请的受让人拥有的、2009年5月6日提交的、序列号为12/436159、名称为“高速发电机的分离器轴(Decoupler Shaft for HighSpeed Generator)”的共同未决的专利申请和转让给本发明的受让人的、2009年5月6日提交的、分配的序列号为12/436168的、名称为“带有减少分离负载的牙嵌式离合器齿廓的高速离合器设计(HighSpeed Clutch Design with Jaw Tooth Profile to Reduce SeparatingLoad)”中找到。而且，由转子轴驱动的转子齿轮在2009年5月6日提交的、编号是12/436190、名称为“发电机的转子齿轮(Rotor Gearfor a Generator)”的共同未决专利申请中公开。该转子齿轮帮助驱动油泵以将油传送到发电机内的部件。而且，永磁体转子以如下公开的方式连接到转子轴上，但该方式将进一步在2009年5月6日提交的、序列号是12/436164、名称为“高速发电机中永磁体转子的轴向保持(Axial Retention of Permanent Magnet Rotor in High SpeedGenerator)”的共同未决专利申请中详细公开。
[0021] 图2示出了安装在主绕组部分24的每一端上的轴承30和32。绕组37和叠片38被接收在该主绕组部分24内。
[0022] 离合器构件22的扩大部分54与转子轴42的内径紧配合。花键52/36支撑内径轴的相对端。示意性地示出了整流器组件48，其被设置在转子轴42中的孔内。元件40是油分配传输管，其提供油以分开轴或离合器构件22。此时油可以被分配到转子轴。如所见，油管40被接收到离合器构件22的内径201内。
[0023] 花键齿52形成在轴42的内孔的轴向中间部分上，并与离合器构件22上的花键齿36配合。弹簧50向外并对着输入轴300偏压离合器构件22。
[0024] 通常，用车床机械加工棒材使其包括转子轴42的基本形状。通过一些机械加工方法在内表面上形成齿52，并且在一个实施例中，用拉削操作。然后对中间构件进行热处理和最终的机械加工。
[0025] 导线44从励磁转子26连通到整流器组件48，并延伸穿过轴42中的槽46。
[0026] 图3A是通过轴42的截面视图。如所示，表面104和106相对于中间部分105以较小的直径形成，中间部分105支撑主绕组部分24。轴承30和32接收在表面104和106上。示出的槽46包括多个槽，这些槽周向间隔设置。如可见的，凸缘102位于从端部111稍微轴向向内。在选择性地分离发电机时该凸缘将为离合器构件34提供止挡。
[0027] 接收离合器构件34的轴的端部111与相对端部110间隔第一距离d0。每个花键52的端部与端部111间隔第二距离d1。花键52延伸跨越第三距离d2。
[0028] 润滑孔107沿转子轴42间隔设置。
[0029] 在一个实施例中，距离d0是12.441”(316.00mm)，距离d1是5.835”(148.2mm)，距离d2是.635”(16.1mm)。
[0030] d0与d1的比率优选在.3和.6之间，且更优选地在.4和.5之间。d1和d2的比率优选在.1和.125之间。
[0031] 如在图3b中最佳所示，在端部110，具有螺纹500和引导直径502。如在前述名称为“高速发电机中永磁体转子的轴向保持(AxialRetention of Permanent Magnet Rotor in High Speed Generator)”的美国专利申请中公开的那样，永磁体转子具有与螺纹500配合的螺纹和在表面502上引导的引导表面。上述申请的这些部分通过引用并入本文。如图3B所示，定义到螺纹齿的根部的第一直径D1，同样定义到螺纹齿的顶部的第二直径D2。第三直径D3定义为引导表面502的外径。虽然在图3b中没有作为直径示出，但应当理解这些都是直径。在一个实施例中，直径D1在1.8730”(47.574mm)和1.8798”(47.746mm)之间。
直径D2在1.9294”(49.007mm)和1.9375”(49.212mm)之间和直径D3在2.0165”(51.219mm)和2.0160”(51.20mm)之间。在实施例中，D1与D3的比率在1.07和1.08之间。
[0032] 在一个实施例中，螺纹的每英寸螺纹数是20。在永磁体转子上可使用在商标名Spiralok下可获得的自锁螺纹。
[0033] 如图4中所示，槽46周向间隔设置。这些槽优选延伸跨越大于180°的轴42在该处的圆周。在实施例中，槽可延伸跨越大于270°。
[0034] 图5是轴42的端视图，示出了槽46和穿入轴42的导线44。请注意，为了简化图示的目的，省略了螺纹500。
[0035] 图6示出了离合器构件22，离合器构件22具有位于一端的花键36，还具有紧密接收在端部111内的部分54。在相对端部的齿选择性地接合在输入轴300上的齿。
[0036] 在本申请公开和要求包含的转子轴提供以下若干益处：包括提供关于励磁转子定位的自由，和进一步允许分开的分离器轴具有的长度是相对于现有技术更加优化的尺寸。而且，本领域技术人员应当从所公开的申请中理解许多其它益处。
[0037] 虽然公开了本发明的实施方式，但本领域技术人员能够认识到，某些变形也落在本发明的范围内。因此，应当研究所附的权利要求以确定本发明的真实范围和内容。
