CN102570670A - 带有内隔片的转子及使用该转子的电机 - Google Patents

Abstract

本发明为了解决现有带有内隔片采用多个轴向铁芯段结构的转子，流经转子轴向通风孔的冷却气进入铁芯段之间的径向通风沟存在困难，影响转子绕组散热效果的不足，提供一种带有新型内隔片的转子以及相应的电机。该转子通过采用内隔片延伸段为顶端朝向转子转动方向倾斜的直线延伸段的方式，使得进入转子径向通风沟的冷却气的相对速度方向与转子内隔片端部的进口方向相符合，减少了涡流和冷却气分离的出现，从而减小系统阻力，同时由于转子内隔片随着转子的旋转作用，形成了较大的风压，使得更多的冷却气能够进入转子径向通风沟，提高了对转子绕组散热效果，通过转子径向通风沟的冷却气进入定子部分后，又进一步提高了对定子以及定子绕组的散热效果。

Description

带有内隔片的转子及使用该转子的电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体地说，涉及一种带有内隔片的转子及使用该转子的电机。 

 

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，电机（包括电动机和发电机）的功率越做越大，相应的电机的损耗也会越来越大，电机内转子绕组的温度往往也会比较高。如果温度超过转子绕组的绝缘限值，就会很容易破坏转子绕组绝缘，这样将对电机寿命造成严重的影响。因此，对于大型电机而言，转子绕组温度是一个很重要的考量指标，如何有效的降低转子绕组温度成为很重要的一个课题。

对于大型电机，为了解决转子绕组散热的问题，通常都会对电机转子进行轴向分段，电机转子沿轴向被分为多个铁芯段，每个铁芯段所对应的转子齿部都设置了内隔片，内隔片起到分隔和连接多个轴向铁芯段的作用。这样，由于相邻两个铁芯段转子齿部出现了内隔片，相邻两内隔片之间自然形成了沿径向的通风沟，所以每增加一个轴向铁芯段，就会使得转子铁芯的总散热面积增大了转子铁芯片表面积的一倍，而且通过增加铁芯段数量所增加的散热面积相比开设转子轴向通风孔增大的散热面积要大的多。

内隔片除了起到分隔和支撑多个轴向铁芯段的作用外，通常内隔片会从转子齿部向电机轴心方向延伸出一延伸段，并一直延伸至转子轴向通风孔的边缘处，这样内隔片随着转子的转动会形成风压，会为流经转子轴向通风孔的冷却气进入铁芯段之间的径向通风沟提供动力，增大进入转子径向通风沟冷却气的流量，这样便可以改善转子绕组的散热效果，通过转子径向通风沟的冷却气进入定子部分后，又可以改善对电机定子和定子绕组的冷却效果。

对于内隔片向电机轴心方向延伸的一段，由于机械安装方面的原因，通常不采用直接沿着径向的方式，会采用如图1所示两端沿径向中部设置一小段沿电机转动方向倾斜部分的方式，通过这样的方式尽管解决了前述机械安装方面的原因，但会使得进入转子径向通风沟的冷却气产生涡流。

因此，对于现有带有内隔片采用多个轴向铁芯段结构的转子，转子内隔片对于促进流经转子轴向通风孔中的冷却气如何更容易地进入转子径向通风沟是存在不足的，转子内隔片的结构还需要进行优化，才能尽可能提高冷却气进入转子径向的风压和流量，提高对转子绕组的散热效果，同时促进对定子以及定子绕组的散热效果。

发明内容

本发明的目的是解决现有带有内隔片采用多个轴向铁芯段结构的转子，流经转子轴向通风孔的冷却气进入铁芯段之间的径向通风沟存在困难，影响转子绕组散热效果的不足，提供一种带有新型内隔片的转子，同时根据该转子设置相应的定子以及散热结构，进一步改善对定子以及定子绕组的散热效果。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

本发明的第一方面，一种带有内隔片的转子，所述转子采用沿轴向的多个铁芯段，每个铁芯段的轭部设有多个对应的沿轴向的通风孔，相邻两铁芯段所对应的转子齿部设有内隔片，相邻两内隔片之间形成沿径向的通风沟，内隔片从转子齿部向电机轴心方向延伸出一延伸段，延伸段延伸至转子轴向通风孔的边缘处，其特征在于：所述延伸段为顶端朝向转子转动方向倾斜的直线延伸段。

本发明中，所述延伸段的倾斜程度由内隔片延伸段顶端处冷却气流的绝对速度和内隔片延伸段顶端处相对冷却气流的牵连速度决定。

本发明的第二方面，一种使用带有内隔片的转子的电机，电机框架为密闭式结构，电机内一端的转轴上设有离心风扇，定子外表面套有具有轴向气流通道的水套，定子和转子均采用沿轴向的多个铁芯段，定子和转子铁芯段的轭部分别设有多个对应的沿轴向的通风孔，相邻两定子和转子铁芯段所对应的定子和转子齿部设有内隔片，相邻两定子和转子内隔片之间形成沿径向的定子和转子通风沟，转子内隔片从转子齿部向电机轴心方向延伸出一延伸段，延伸段延伸至转子轴向通风孔的边缘处，其特征在于：所述延伸段为顶端朝向转子转动方向倾斜的直线延伸段。

本发明中，所述延伸段的倾斜程度由内隔片延伸段顶端处冷却气流的绝对速度和内隔片延伸段顶端处相对冷却气流的牵连速度决定。

本发明中，为了避免增加定子轭部的磁密，进而相应地增大铁耗，同时避免增加绕组到框架之间的热阻，所述定子轴向通风孔采用沿定子轭部圆周等距设置的多个小孔结构。

本发明中，所述定子外表面套有具有轴向气流通道的水套，既可以是具有多个沿电机轴向风管的水套，也可以是具有多个沿电机轴向水道的水套。

本发明带有内隔片的转子，通过调整转子内隔片的倾斜程度适合转子转速和经过转子轴向通风孔进入径向通风沟的冷却气的流量等条件，使得进入转子径向通风沟的冷却气的相对速度方向与转子内隔片端部的进口方向相符合，减少了涡流和冷却气分离的出现，从而减小系统阻力，同时由于转子内隔片随着转子的旋转作用，形成了较大的风压，使得更多的冷却气能够进入转子径向通风沟，提高了对转子绕组散热效果，通过转子径向通风沟的冷却气进入定子部分后，又进一步提高了对定子以及定子绕组的散热效果。

 

附图说明

图1为现有带有内隔片的转子的径向剖视图。

图2为本发明带有内隔片的转子的径向剖视图。

图3为本发明使用带有内隔片的转子的电机的轴向剖视图。

图4为本发明使用带有内隔片的转子的电机轴向剖开后的立体结构示意图。

图5为现有带有内隔片的转子径向通风沟处冷却气的流场示意图。

图6为本发明内隔片延伸段顶端处的冷却气流的矢量图。

图7为本发明带有内隔片的转子最佳实施方式的情况下，径向通风沟处冷却气的流场示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的主旨在于，针对现有带有内隔片采用多个轴向铁芯段结构的转子，流经转子轴向通风孔的冷却气进入铁芯段之间的径向通风沟存在困难，影响转子绕组散热效果的不足，提供一种带有新型内隔片的转子，同时根据该转子设置相应的定子以及散热结构，进一步改善对定子以及定子绕组的散热效果。

如背景技术中所述，由于大型电机的功率越来越大，相应的电机的损耗也会越来越大，电机内部的温度尤其是转子绕组的温度往往也会比较高，因此为了增大电机内部的散热面积，提高散热效果，往往会将电机的转子进行轴向分段，当然，当转子采用轴向分段时，定子通常也采用轴向分段的结构。

参见图2至图4，本发明中，与现有技术相同的是转子沿轴向分为了的多个铁芯段1（具体参见图3和图4），多个铁芯段1构成转子，每个铁芯段1的轭部设有多个对应的沿轴向的通风孔11，工程中通过会采用如图1所示的腰子孔的方式，转子的内隔片2设置在相邻两铁芯段1所对应的转子齿部。在设置时通常是在相邻两铁芯段1所对应的转子齿部均开设沿径向的槽（图中均未示意），然后将内隔片2插入相邻两铁芯段1对应的槽中，由于相邻两铁芯段1每一个对应的转子齿部均设置了沿径向的槽，多个内隔片2将布满相邻两铁芯段1的整个圆周，内隔片2起到分隔和连接多个铁芯段1的作用，这样，相邻两内隔片2之间便自然形成了沿径向的通风沟12。

转子内隔片2除了设置在转子齿部的部分，其从转子齿部还向电机轴心方向延伸出一延伸段21，延伸段21延伸至转子轴向通风孔11的边缘处，与现有的延伸段两端沿径向、中部设置一小段沿电机转动方向倾斜部分的方式不同的是，本发明的延伸段21为顶端朝向转子转动方向倾斜的直线延伸段，即图1和图2所示的转子在实际工作中均是朝向逆时针方向转动的。

参见图5，当转子内隔片采用如图1所示的结构时，流经转子轴向通风孔的冷却气进入转子径向通风沟相对比较困难，进入转子径向通风沟的冷却气流也相对较为杂乱，在延伸段中部的一小段沿电机转动方向倾斜的部分以及延伸段的后端还产生了涡流，能量损失也较大。这样，通过转子轴向分段的方式虽然增大了转子铁芯的总散热面积，但该转子对于流经转子轴向通风孔的冷却气的利用效率是比较低的，采用上述结构的转子对于转子绕组的散热效果是不理想的，也会进一步影响对定子和定子绕组的散热效果。

本发明之所以转子内隔片2采用顶端朝向转子转动方向倾斜的直线延伸段的结构，是因为在每个内隔片延伸段21顶端处，冷却气流的绝对速度V的方向是从电机轴心O指向径向的，同时，由于内隔片2随着转子转动，内隔片延伸段21顶端处相对冷却气流的牵连速度Vc将是沿着内隔片延伸段21顶端处相对于电机轴心O的切线方向。因此，每个内隔片延伸段21顶端处，冷却气流的绝对速度V的方向与内隔片延伸段21顶端处相对冷却气流的牵连速度Vc的方向是垂直的。

为了便于说明，图6中以某一内隔片2旋转到径向截面的右侧，该内隔片延伸段21顶端处冷却气流的绝对速度V的方向恰好沿水平向右的方向进行实例性说明。那么，图中6中矢量BC所示方向即该内隔片延伸段21顶端处，冷却气流的绝对速度V的方向；图6中矢量BD所示的方向即该内隔片延伸段21顶端处相对冷却气流的牵连速度Vc的方向。

那么，无论内隔片延伸段21采用何种结构，根据矢量合成的原理，内隔片延伸段21顶端处冷却气流相对内隔片延伸段21顶端处的相对速度Vr的方向必然是从内隔片延伸段21指向转子转动方向的反方向，即图6中矢量BE所示的方向。要使得流经转子轴向通风孔11的冷却气尽可能容易地进入转子径向通风沟12，且进入后减少能量损耗，内隔片延伸段21的延伸方向最好尽可能与冷却气流相对内隔片延伸段21顶端处的相对速度Vr的方向相同，当内隔片延伸段21采用顶端朝向转子转动方向倾斜的直线延伸段的结构时，显然会比现有的内隔片结构取得更好的效果。

对于本发明的内隔片2的延伸段来说，如果其倾斜方向正好与矢量BE的方向相同，那么流经转子轴向通风孔11的冷却气将会较为顺畅地进入转子径向通风沟12，同时由于转子内隔片2的旋转作用，会形成风压，使得更多的冷却气能够进入转子径向通风沟12。

参见图7，为本发明带有内隔片的转子最佳实施方式的情况下，即内隔片延伸段21的倾斜方向正好与冷却气流相对内隔片延伸段21顶端处的相对速度Vr的方向相同的情况下，与图5相比可以很明显的可以看出，进入转子径向通风沟12的冷却气流相对比较顺畅，基本没有杂乱无章的矢量箭头，涡流很少，能量损失也相对较小。有更多的冷却气进入转子径向通风沟12，由于多个转子径向通风沟12的存在，转子铁芯的总散热面积大幅增加，并且要比通过开设轴向通风孔11增大的散热面积要大得多，冷却气流量变大，则散热面上的散热系数会大幅增加，从而能够大大的降低转子绕组内的温度，冷却气流经转子径向通风沟12进入定子部分也得到增加，也能相应降低定子和定子绕组的温度。

因此，如何确定内隔片延伸段21的倾斜方向来确定最佳的实施方式是本发明需要解决的关键问题。我们可以采用∠CEB的角度大小来确定内隔片延伸段21的倾斜方向，∠CEB的角度越小说明内隔片延伸段21的倾斜程度越大，反之说明内隔片延伸段21的倾斜程度越小。而∠CEB=arctan(V/Vc)，其中冷却气流的绝对速度V=Q/A，Q表示电机稳态运行时，某相邻两铁芯段1之间转子径向通风沟12的流量，由于多个倾斜的内隔片延伸段21类似风扇的叶片，可以参考风扇设计来计算转子径向通风沟12的流量和压力提升的关系，而对于转速和其他参数确定的电机系统，电机系统的压力损失与流量的平方成正比，当压力提升和压力损失相等时，就可以确定出电机稳态运行时某相邻两铁芯段1之间转子径向通风沟12的流量Q，A表示过流面积，对于本发明，A=πDH，其中D为内隔片延伸段21顶端到轴心O距离的两倍，H为相邻两铁芯段1的间距；而内隔片延伸段21顶端处相对冷却气流的牵连速度Vc= πDn/60，其中D同样为内隔片延伸段21顶端到轴心O距离的两倍，n为转子的转速，其单位为转/分钟。

当然，同样可以采用∠CBE的角度大小来确定内隔片延伸段21的倾斜方向，∠CBE=arctan(Vc/V)，那么∠CBE的角度越小说明内隔片延伸段21的倾斜程度越小，反之说明内隔片延伸段21的倾斜程度越大。由于每个内隔片延伸段21顶端处，冷却气流的绝对速度V的方向与内隔片延伸段21顶端处相对冷却气流的牵连速度Vc的方向始终是垂直的，实际上无论采用哪个具体角度来定义内隔片延伸段21的倾斜方向或者说倾斜程度，内隔片延伸段21的倾斜方向或者说倾斜程度直接由内隔片延伸段21顶端处冷却气流的绝对速度V和内隔片延伸段顶端21处相对冷却气流的牵连速度Vc决定，通过计算绝对速度V和牵连速度Vc就可以确定某一电机系统最佳实施方式情况下，内隔片延伸段21应当如何倾斜。

再参见图2至图4，为了配合本发明转子轴向分段的结构，定子则沿轴向分为与转子数量相同的铁芯段3，定子铁芯段3的轭部同样设有多个对应的沿轴向的通风孔31，定子轴向通风孔31采用沿定子轭部圆周等距设置的多个小孔结构。采用多个小孔的原因是，由于定子轭部是和框架直接接触的，冷却效果比较好，如果定子轴向通风孔31开设的过大，会增加绕组定子轭部的磁密，相应铁耗会变大，而且也会增加定子绕组到框架之间的热阻。

与相邻两转子铁芯段1相同的是，相邻两定子铁芯段3之间同样是设有定子内隔片4， 定子的内隔片4设置在相邻两定子铁芯段3所对应的定子齿部，在设置时也是在相邻两定子铁芯段3所对应的定子齿部均开设沿径向的槽（图中均未示意），然后将内隔片4插入相邻两定子铁芯段3对应的槽中，由于相邻两定子铁芯段3每一个对应的定子齿部均设置了沿径向的槽，多个内隔片4将布满相邻两定子铁芯段1的整个圆周，内隔片4起到分隔和连接多个定子铁芯段3的作用，这样，相邻两内隔片4之间便自然形成了沿径向的定子通风沟32。定子的内隔片4同样可以从定子齿部向远离电机轴心方向延伸出一延伸段，本实施例中，定子内隔片4的延伸段采用了与现有技术相同的方式，定子内隔片4的延伸段一直延伸至定子轴向通风孔31的边缘处。

定子外表面则套有具有轴向气流通道的水套5，对于水套5既可以采用具有多个沿电机轴向风管的水套，也可以采用具有多个沿电机轴向水道的水套。由于两种结构是相似的，因此通过图4进行说明，当采用具有多个沿电机轴向风管的水套时，图4中的管道51（即轴向风管）将作为冷却气循环的通道，管道51周围将充满冷却水；采用具有多个沿电机轴向水道的水套时，图4中的管道51（即轴向水道）将充满冷却水，冷却气将在多个管道51之间的空隙中流动。采用具有多个沿电机轴向风管的水套时，冷却气与冷却水的热量交换充分，冷却气得到很好的冷却，继而可以很好地冷却电机的转子、定子，而且冷却水的封闭结构简单易行，水套的造价低；采用具有多个沿电机轴向水道的水套时，冷却水的封闭结构繁杂，不易操作，且会影响电机的总体结构，使电机的制作成本上升。采用具有多个沿电机轴向风管的水套，管道51作为冷却气循环的通道更加适合，也更具有实际的工程意义。

整个电机采用密闭式的框架6结构，电机内一端的转轴上则设有离心风扇7，电机稳态运行时，经水套5冷却后的冷却气流从远离离心风扇7一侧流出，来到远离离心风扇7一侧转子轴向通风孔11，冷却气流一部分沿着转子轴向通风孔11从转子轴向通风孔11靠近离心风扇的一侧流出，这部分冷却气流主要起到冷却转子内部的作用；另一部分会通过转子径向通风沟12，经过定转子之间气隙，进入定子径向通风沟32，并从靠近离心风扇7一侧的开口流出，这部分冷却气流先后对转子绕组、定子以及定子绕组进行冷却。最终，上述两部分冷却气流在离心扇7的进口处汇合后进入离心风扇7，冷却气流从离心风扇7甩出后，进入到达水套5靠近离心风扇7一侧的入口，通过水套5冷却后再次从水套5远离离心风扇7的一侧流出，形成回路。

以上只是说明了本发明的一个较优的实施方式，本发明带有内隔片的转子并不只适用于上述冷却结构，同样适合轴向有分段装有内隔片的其他冷却结构，如背包式空空冷，空水冷的冷却结构，水套式的其他类型有内隔片的冷却结构等等。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定                                                

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Claims (7)

1.带有内隔片的转子，所述转子采用沿轴向的多个铁芯段，每个铁芯段的轭部设有多个对应的沿轴向的通风孔，相邻两铁芯段所对应的转子齿部设有内隔片，相邻两内隔片之间形成沿径向的通风沟，内隔片从转子齿部向电机轴心方向延伸出一延伸段，延伸段延伸至转子轴向通风孔的边缘处，其特征在于：所述延伸段为顶端朝向转子转动方向倾斜的直线延伸段。

2.如权利要求1所述的带有内隔片的转子，其特征在于：所述延伸段的倾斜程度由内隔片延伸段顶端处冷却气流的绝对速度和内隔片延伸段顶端处相对冷却气流的牵连速度决定。

3.使用带有内隔片的转子的电机，电机框架为密闭式结构，电机内一端的转轴上设有离心风扇，定子外表面套有具有轴向气流通道的水套，定子和转子均采用沿轴向的多个铁芯段，定子和转子铁芯段的轭部分别设有多个对应的沿轴向的通风孔，相邻两定子和转子铁芯段所对应的定子和转子齿部设有内隔片，相邻两定子和转子内隔片之间形成沿径向的定子和转子通风沟，转子内隔片从转子齿部向电机轴心方向延伸出一延伸段，延伸段延伸至转子轴向通风孔的边缘处，其特征在于：所述延伸段为顶端朝向转子转动方向倾斜的直线延伸段。

4.如权利要求3所述的使用带有内隔片的转子的电机，其特征在于：所述延伸段的倾斜程度由内隔片延伸段顶端处冷却气流的绝对速度和内隔片延伸段顶端处相对冷却气流的牵连速度决定。

5.如权利要求3或4所述的使用带有内隔片的转子的电机，其特征在于：所述定子轴向通风孔采用沿定子轭部圆周等距设置的多个小孔结构。

6.如权利要求3或4所述的大功率电机，其特征在于：所述定子外表面套有具有轴向气流通道的水套是具有多个沿电机轴向风管的水套。

7.如权利要求3或4所述的大功率电机，其特征在于：所述定子外表面套有具有轴向气流通道的水套是具有多个沿电机轴向水道的水套。

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