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摘要：本文介绍并分析了隐极式同步发电机内部配键结构，并对不同型式的配键从制造工艺和装配结构上进行了比较。
关键词：发电机；键；结构；隐极转子；加工
1 前言
社会在发展，社会在进步。随着现代化建设的深一步进行，国家对电力系统的要求也逐渐增加。发电机，作为将原始能源转换为电能的一种手段，运行的可靠性显得尤为重要和突出，一旦这样的机组发生恶性故障，就会对电力系统和国民经济带来不可估量的损失。
在同步发电机的各个组成部分中，转子始终处于高速旋转状态，承受着巨大的机械应力和热负荷，所以在转子结构上的设计应该更慎重一些。
同步发电机的转子结构分为隐极式和凸极式两种。凸极式同步电动机的工艺上相对隐极式来说更简单一些，因此很多厂家都生产这种类型的发电机。但西门子公司标新立异，不但生产凸极式同步电动机，也生产隐极式同步发电机。隐极式同步发电机相对于凸极式而言，运行稳定，可靠性更高，但工艺过程来说相对复杂很多。
本文主要介绍的是隐极式同步发电机中几种不同的转子配键结构特点以及几种配键型式之间的相互比较。
2. 几种不同的配键结构
隐极式同步发电机的转子因技术和生产的关系，有整体式转子和使用转子冲片两种结构。国内武汉汽轮机厂生产的两极电机使用的便是整体锻件转子结构，整体锻件的转子必须有足够的强度和可靠的安全性能，对转子锻件的工艺要求也更高。国外的材料生产工艺相对国外而言，还有一定的距离，因此很多时候，我们采取的是在转轴上热套转子冲片，并用键来进行定位和传递扭矩。在本文中，我们因是单独讨论配键的型式结构，我们再此忽略转子冲片与转轴的过盈配合。
使用转子冲片热套在转轴上的结构工艺时，转轴为了通风更良好一些，常常铣成花鼓筒结构，在四周开出键槽位置。其中一个键槽的位置用来安装平键，作为转子冲片的初始定位。其余的三条键槽用来安装切向键，结构如图1所示，主要是承受转子运行过程中产生的转矩。自然，在小型的发电机中，因转子冲片内径选择小一些，一般用一条平键作为定位使用，同时平键也用来承受运行状态中产生的转矩。在此文中讨论的是稍大功率的同步发电机。
在这里，我们列举两种常见的配键结构：
一、如图2所示，这种是最常见的配键结构形式。
二、如图3所示、这种结构常见于西门子公司所出的同步电动机。
3. 不同配键型式在加工方法上的比较
无论是型式一，还是型式二，两种结构都必须加工出一个较长的斜度，成对布置。而且这两种键的截面宽度和高度尺寸相对与长度方向尺寸来说，都是很小的。对于这种细长的零件而言，加工中以及加工后产生的应力变形，都是不可忽视的。为此，我们必须制作专门的工装夹具来保证两条切向键的斜面尺寸一致。加工斜面的工装夹具在结构上是完全相同的。
如图2并参照图1所示，我们可以看到型式一在结构上并不具有强烈的可区分性，切向键的静止键和传动键具有相互可换行，在装配的时候，对位置并没有严格的要求。
如图3并参照图1所示，型式二的键在装配的时候不具有互换性，型式二的键在位置上具备唯一性。在加工的过程中，并不允许出现差错。
4. 不同配键结构在受力上的分析
当转子冲片热套在转轴上时，虽有平键保证转子冲片槽的大致尺寸，但转子冲片上的键槽位和转轴上的键槽位都是加工而成，因此在装配的过程中会不可避免地产生偏差，此时，二者之间的键槽位并不能如理论般对齐，而是存在一定的错位情况。此时的错位情况可能会导致运行过程中转子冲片的移位，引起槽绝缘的损坏，而导致转子铜排对地击穿。虽然转子冲片和转轴是热套配合，但转子运行是在热态下运行，所以，此时，我们必须仔细考虑切向键所起的作用。前文我们已经提及过，键所起到的作用是用来传递扭矩。而切向键正是其中的关键。
型式一的切向键在槽错位时装配情况如下图所示。我们清晰看到，静止键在此时是靠在转轴的键槽位上，而传动键的背面是依靠在转子冲片的键槽位上。在运行的过程中，切向键并未起到应有的作用。
型式二的切向鍵在槽错位时装配情况如下图所示。我们和型式一的对比一下：切向键的静止键鼻部无论何时都可以依靠在转子冲片的键槽位置上，而传动键的鼻部无论何时都依靠在转轴的键槽位置上。在运行的过程中，切向键始终是起到传递扭矩的作用的。在过速情况或不平衡态下运行的时候，型式二的受力明显比型式一更好一些。
另外，在装配的过程中，型式一的切向键无论如何装配，都只会有一种装配情况，而型式二的切向键在装配时候可以考虑到转子反转的情形，三对的切向键，其中两对用来保证转子的稳态运行，而另外一对防止转子反转时候产生的应力。
在装配良好的情况下，型式一的受力情况自然比型式二更好一些，这时，三对切向键都能起到传递扭矩的作用。而型式二只能有两对起到传递扭矩的作用。
不同的情况时，分析都各有不同点。我们需要从转子冲片的装配实际情况出发，决定使用哪一种切向键结构型式。
5. 结论
通过对加工工艺和受力上的分析比较，我们可以得出如下结论：
1）从加工的角度出发，型式一结构的切向键加工上更方便一些，后一种的加工在工艺上稍显繁琐一些。从通用互换的角度出发，型式一的结构更具有互换性一些，而型式二的结构则具有单一性。
2）在装配工艺上来说，当转子装配良好时，型式一的结构更好一些，但在转子装配因槽位置错位的情况下，型式二的受力更佳。
切向键在装配的过程中都是需要反复配打，然后对键不断研磨，让两条切向键的配合面不少为80%。
在发电机的生产中，如果是大批量生产的话，从效率的角度出发，型式一更快更方便一些。但如果是单件小批量生产中，我们采用型式二，是更好的方法。
作者简介：
鲜青龙（1983-），男，硕士研究生，主要从事电机设计。
关键词：发电机；键；结构；隐极转子；加工
1 前言
社会在发展，社会在进步。随着现代化建设的深一步进行，国家对电力系统的要求也逐渐增加。发电机，作为将原始能源转换为电能的一种手段，运行的可靠性显得尤为重要和突出，一旦这样的机组发生恶性故障，就会对电力系统和国民经济带来不可估量的损失。
在同步发电机的各个组成部分中，转子始终处于高速旋转状态，承受着巨大的机械应力和热负荷，所以在转子结构上的设计应该更慎重一些。
同步发电机的转子结构分为隐极式和凸极式两种。凸极式同步电动机的工艺上相对隐极式来说更简单一些，因此很多厂家都生产这种类型的发电机。但西门子公司标新立异，不但生产凸极式同步电动机，也生产隐极式同步发电机。隐极式同步发电机相对于凸极式而言，运行稳定，可靠性更高，但工艺过程来说相对复杂很多。
本文主要介绍的是隐极式同步发电机中几种不同的转子配键结构特点以及几种配键型式之间的相互比较。
2. 几种不同的配键结构
隐极式同步发电机的转子因技术和生产的关系，有整体式转子和使用转子冲片两种结构。国内武汉汽轮机厂生产的两极电机使用的便是整体锻件转子结构，整体锻件的转子必须有足够的强度和可靠的安全性能，对转子锻件的工艺要求也更高。国外的材料生产工艺相对国外而言，还有一定的距离，因此很多时候，我们采取的是在转轴上热套转子冲片，并用键来进行定位和传递扭矩。在本文中，我们因是单独讨论配键的型式结构，我们再此忽略转子冲片与转轴的过盈配合。
使用转子冲片热套在转轴上的结构工艺时，转轴为了通风更良好一些，常常铣成花鼓筒结构，在四周开出键槽位置。其中一个键槽的位置用来安装平键，作为转子冲片的初始定位。其余的三条键槽用来安装切向键，结构如图1所示，主要是承受转子运行过程中产生的转矩。自然，在小型的发电机中，因转子冲片内径选择小一些，一般用一条平键作为定位使用，同时平键也用来承受运行状态中产生的转矩。在此文中讨论的是稍大功率的同步发电机。
在这里，我们列举两种常见的配键结构：
一、如图2所示，这种是最常见的配键结构形式。
二、如图3所示、这种结构常见于西门子公司所出的同步电动机。
3. 不同配键型式在加工方法上的比较
无论是型式一，还是型式二，两种结构都必须加工出一个较长的斜度，成对布置。而且这两种键的截面宽度和高度尺寸相对与长度方向尺寸来说，都是很小的。对于这种细长的零件而言，加工中以及加工后产生的应力变形，都是不可忽视的。为此，我们必须制作专门的工装夹具来保证两条切向键的斜面尺寸一致。加工斜面的工装夹具在结构上是完全相同的。
如图2并参照图1所示，我们可以看到型式一在结构上并不具有强烈的可区分性，切向键的静止键和传动键具有相互可换行，在装配的时候，对位置并没有严格的要求。
如图3并参照图1所示，型式二的键在装配的时候不具有互换性，型式二的键在位置上具备唯一性。在加工的过程中，并不允许出现差错。
4. 不同配键结构在受力上的分析
当转子冲片热套在转轴上时，虽有平键保证转子冲片槽的大致尺寸，但转子冲片上的键槽位和转轴上的键槽位都是加工而成，因此在装配的过程中会不可避免地产生偏差，此时，二者之间的键槽位并不能如理论般对齐，而是存在一定的错位情况。此时的错位情况可能会导致运行过程中转子冲片的移位，引起槽绝缘的损坏，而导致转子铜排对地击穿。虽然转子冲片和转轴是热套配合，但转子运行是在热态下运行，所以，此时，我们必须仔细考虑切向键所起的作用。前文我们已经提及过，键所起到的作用是用来传递扭矩。而切向键正是其中的关键。
型式一的切向键在槽错位时装配情况如下图所示。我们清晰看到，静止键在此时是靠在转轴的键槽位上，而传动键的背面是依靠在转子冲片的键槽位上。在运行的过程中，切向键并未起到应有的作用。
型式二的切向鍵在槽错位时装配情况如下图所示。我们和型式一的对比一下：切向键的静止键鼻部无论何时都可以依靠在转子冲片的键槽位置上，而传动键的鼻部无论何时都依靠在转轴的键槽位置上。在运行的过程中，切向键始终是起到传递扭矩的作用的。在过速情况或不平衡态下运行的时候，型式二的受力明显比型式一更好一些。
另外，在装配的过程中，型式一的切向键无论如何装配，都只会有一种装配情况，而型式二的切向键在装配时候可以考虑到转子反转的情形，三对的切向键，其中两对用来保证转子的稳态运行，而另外一对防止转子反转时候产生的应力。
在装配良好的情况下，型式一的受力情况自然比型式二更好一些，这时，三对切向键都能起到传递扭矩的作用。而型式二只能有两对起到传递扭矩的作用。
不同的情况时，分析都各有不同点。我们需要从转子冲片的装配实际情况出发，决定使用哪一种切向键结构型式。
5. 结论
通过对加工工艺和受力上的分析比较，我们可以得出如下结论：
1）从加工的角度出发，型式一结构的切向键加工上更方便一些，后一种的加工在工艺上稍显繁琐一些。从通用互换的角度出发，型式一的结构更具有互换性一些，而型式二的结构则具有单一性。
2）在装配工艺上来说，当转子装配良好时，型式一的结构更好一些，但在转子装配因槽位置错位的情况下，型式二的受力更佳。
切向键在装配的过程中都是需要反复配打，然后对键不断研磨，让两条切向键的配合面不少为80%。
在发电机的生产中，如果是大批量生产的话，从效率的角度出发，型式一更快更方便一些。但如果是单件小批量生产中，我们采用型式二，是更好的方法。
作者简介：
鲜青龙（1983-），男，硕士研究生，主要从事电机设计。