CN104578484B - 通风槽钢、其制造方法、通风结构及电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通风槽钢、其制造方法、通风结构及电机。本发明提供的通风槽钢，其包括依次相接的至少四段通风槽钢段，其中每两段相邻的通风槽钢段之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段中，位于两边的通风槽钢段分布在位于中间的通风槽钢段的两侧。本发明提供的通风槽钢，其多转折结构可有效地打破通风槽钢与流过通风沟的冷却气体之间的边界层，增加散热面积，强化冷却散热效果，同时在减少用料的情况下可保证通风槽钢的支撑强度。

Description

通风槽钢、其制造方法、通风结构及电机

技术领域

本发明涉及电机的冷却，尤其涉及通风槽钢、其制造方法、通风结构及电机。

背景技术

电机(包括电动机和发电机)在运行时，会在线圈、铁心等部件上产生能量损耗，这部分损耗最终将以热能的形式散发出去，如果电机的通风设计不合理，会导致电机的温升过高或者局部温升不均匀。温升过高会导致绝缘老化，长时间运行时会使绝缘电气性能下降，而局部温升不均匀会产生很大的热应力，造成电机结构上的永久性损害，最终导致电机故障。因此降低电机的温升对于提高电机的安全余量、延长电机的使用寿命和减少电机的维护成本都具有重要意义。

径向通风冷却形式是中小型发电机的常用冷却形式之一，这种冷却方式可增加散热面积，提高发电机的功率密度，因此得到了广泛的应用。为了实现径向通风，电机的铁心一般被分成多个铁心段，在相邻的铁心段之间沿电机的径向设有通风槽钢(或称为通风条)，通风槽钢在对各铁心段起到支撑作用的同时，将相邻铁心段之间的空间分隔成通风沟(或称为径向通风道)，该通风沟便可用来进行径向通风以对铁心和绕组进行冷却散热。目前普遍采用的通风槽钢一般为传统的条形通风槽钢和工字形通风槽钢，条形通风槽钢的横截面呈矩形，工字形通风槽钢的横截面呈“工”字形或者接近于“工”字形。

在实现上述技术方案的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

传统通风槽钢及通风结构的设计并未特别关注通风槽钢对冷却气体的冷却效果造成的影响。传统的通风槽钢在相邻铁心段之间只起到支撑和隔出通风沟的作用，而发明人经过分析思考发现，通风槽钢的形状可以对通风沟内冷却气体的流动产生很大影响，决定了电机冷却性能的优劣，因为在不同通风槽钢形状下，流经通风沟的冷却气体的紊流情况可以不同，这将影响电机表面散热系数及局部压降，从而最终影响电机的温升。因此通风槽钢的形状设计是关键技术，但同时通风槽钢的设计还需要考虑工艺性、安装的可靠性及成本等因素，这使得通风槽钢的设计具有一定的难度，发明人发现虽然通风槽钢具备重要作用，但目前关于这方面的研究较少。

发明内容

本发明目的在于提供一种可用于强化冷却散热效果的通风槽钢及其制造方法，并提供一种冷却散热效果更好的通风结构及电机。

为了实现上述目的，本发明提供了一种通风槽钢，其包括依次相接的至少四段通风槽钢段，其中每两段相邻的通风槽钢段之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段中，位于两边的通风槽钢段分布在位于中间的通风槽钢段的两侧。

优选地，其中每两段相邻的通风槽钢段可以相接为一体。

进一步地，其中在每两段相邻的通风槽钢段的相接处可以设有倒角，所述倒角位于所述相接处的小于180°的夹角侧。

优选地，其中所述通风槽钢可以呈波浪形。

优选地，其中每两段相邻的通风槽钢段可以相互拼接。

优选地，其中相邻的两段通风槽钢段的中点的连线到所述相邻的两段通风槽钢段的相接处之间的距离的两倍为平均宽度，所述平均宽度可以自所述通风槽钢的上风端到下风端依次变大。

优选地，其中相邻的两段通风槽钢段的中点的连线的长度的两倍为平均间距，所述平均间距可以自所述通风槽钢的上风端到下风端依次变小。

本发明提供了一种通风结构，其包括至少两个铁心段，在所述铁心段上设有多个齿部，同一铁心段上的相邻的齿部之间构成用于容纳绕组的槽，在相邻铁心段的对应的齿部之间设有任一上述的通风槽钢。

本发明提供了一种电机，其包括上述的通风结构。

本发明提供了一种制造上述通风槽钢的方法，其包括：

将坯料放入冲压模具的模腔内；

对所述坯料进行冲压，使得所述坯料形成依次相接的至少四段通风槽钢段，其中每两段相邻的通风槽钢段之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段中，位于两边的通风槽钢段分布在位于中间的通风槽钢段的两侧。

本发明另外提供了一种制造上述通风槽钢的方法，其包括：

切割下料，得到长条形坯料；

对所述长条形坯料进行分段切割，得到通风槽钢段；

依次拼接至少四段通风槽钢段，使得其中每两段相邻的通风槽钢段之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段中，位于两边的通风槽钢段分布在位于中间的通风槽钢段的两侧。

本发明还提供了一种制造上述通风槽钢的方法，其包括：

切割下料，得到长条形坯料；

对所述长条形坯料进行折弯，使得所述长条形坯料形成至少四段通风槽钢段，其中每两段相邻的通风槽钢段之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段中，位于两边的通风槽钢段分布在位于中间的通风槽钢段的两侧。

本发明提供的上述通风槽钢的主要有益效果在于：其独特的多转折结构可以有效地打破通风槽钢与流过通风沟的冷却气体之间的边界层，显著地增大冷却气体的紊流，加强冷却气体的冷却能力，强化冷却散热效果；可以增加冷却气体与通风槽钢的接触面积，强化通风槽钢本身的散热；可以在减少用料的情况下保证通风槽钢的支撑强度。

本发明提供的上述通风结构和上述电机可以承接通风槽钢的上述优点，冷却散热效果更好，可有效降低温升，提高可靠性，降低成本。

本发明提供的上述通风槽钢的制造方法，其制造工艺简单，易于实现，且制造得到的通风槽钢具备上述的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一的通风槽钢的结构示意图；

图2为本发明实施例二的通风槽钢的结构示意图；

图3为本发明实施例三的通风槽钢的结构示意图；

图4为本发明实施例四的通风槽钢的结构示意图；

图5为本发明实施例五的通风槽钢的结构示意图；

图6为本发明实施例六的通风槽钢的结构示意图；

图7为本发明实施例七的通风结构的立体示意图；

图8为本发明实施例七的通风结构的剖视示意图；

图9为本发明实施例八的通风槽钢的制造方法的流程图；

图10为本发明实施例九的通风槽钢的制造方法的流程图；

图11为本发明实施例十的通风槽钢的制造方法的流程图。

附图标号说明：

1-通风槽钢；11-通风槽钢段；111-倒角；121-上风端；122-下风端；2-铁心段；21-齿部；3-绕组；4-槽楔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的通风槽钢、其制造方法、通风结构及电机进行详细描述。

实施例一

如图1所示，其为本发明实施例一的通风槽钢的结构示意图。本发明实施例一的通风槽钢，其包括依次相接的至少四段(例如图中所示为十七段)通风槽钢段11，其中每两段相邻的通风槽钢段11之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段11中，位于两边的通风槽钢段11分布在位于中间的通风槽钢段11的两侧。

本发明实施例一的通风槽钢不同于常用的传统“工”字形通风槽钢和条形通风槽钢，其每两段相邻的通风槽钢段11之间的夹角小于180°，因此整个通风槽钢不在一条直线上，而是呈现出在多处转折的结构，而在每三段依次相接的通风槽钢段11中，位于两边的通风槽钢段11分布在位于中间的通风槽钢段11的两侧，所以后一次转折方向与前一次转折方向是相反的，这种独特的多转折结构至少可以带来以下优点：

1、可以有效地打破通风槽钢与流过通风沟的冷却气体之间的边界层，使流经通风槽钢两侧的冷却气体导引到通风槽钢两侧的绕组上，冷却气体在碰到绕组后进行折返，可以显著地增大冷却气体的紊流，使冷却气体与通风槽钢及其两边的绕组充分地接触，从而加强冷却气体的冷却能力，强化冷却散热效果。

2、可以加大通风槽钢的边界，增加冷却气体与通风槽钢的接触面积，强化通风槽钢本身的散热，实现在对电机冷却系统阻力增加不大的情况下，有效地降低电机绕组的温度。

3、由于采用了多转折结构，各通风槽钢段11的宽度可以仅为传统通风槽钢宽度的1/2～1/3左右，因此整个通风槽钢具备重量轻、成本低的特点，同时这种多转折结构也可以起到加强支撑强度的作用，不会因材料少而带来通风沟的支撑问题。

值得一提的是，本实施例中的“相接”不应限制性地解释为“相连接”，其含义既包含“相连接”的情况，又包含“相拼接”的情况。在“相连接”的情况下，既可以是一体地连接，又可以是焊接等其他连接方式。在“相拼接”的情况下，既可以是相接触(或者说相抵)，又可以是留有间隙。这一点将在后续说明中得到体现。

除了具有上述的多转折结构特点之外，本实施例的通风槽钢还具有其他特点，以下分别进行说明。

通风槽钢一般具有上风端和下风端，上风端为对应冷却气体上游的一端，下风端为对应冷却气体下游的一端。若将本实施例中相邻的两段通风槽钢段11的中点的连线到该相邻的两段通风槽钢段11的相接处之间的距离的两倍定义为平均宽度(即对应图1中的标注a、c)，则本实施例的通风槽钢，其平均宽度自上风端121到下风端122是不变的(a＝c)。而若将本实施例中相邻的两段通风槽钢段11的中点的连线的长度的两倍定义为平均间距(即对应图1中的标注b)，则本实施例的通风槽钢，其平均间距自上风端121到下风端122也是不变的。

在本实施例中，每两段相邻的通风槽钢段11相接为一体，即整个通风槽钢是一体结构，一体的多转折结构可以方便地采用冲压、折弯等工艺得到。本实施例中，通风槽钢段11的段数较多，通风槽钢与冷却气体的接触面积较大，造成的紊流强度也较强。

实施例二

如图2所示，其为本发明实施例二的通风槽钢的结构示意图。本实施例的通风槽钢与实施例一的通风槽钢的区别有：在每两段相邻的通风槽钢段11的相接处设有倒角111，倒角111位于该相接处的小于180°的夹角侧。在相接处的小于180°的夹角侧风阻较大，在该位置采用倒角结构可以起到降低风阻的作用。

另外，本实施例的通风槽钢段11的段数为五段，相比实施例一的段数来说较少，因此每两段相邻的通风槽钢段11之间的夹角相对地更大，这样也可以在一定程度上起到降低风阻的作用。

实施例三

如图3所示，其为本发明实施例三的通风槽钢的结构示意图。本实施例的通风槽钢与之前实施例的通风槽钢的主要区别在于：本实施例的通风槽钢呈波浪形。波浪形本身也是多转折的形状，波浪形的设计可以使得通风槽钢的与冷却气体相接触的表面呈流线型，使得通风槽钢具备很小的风阻。采用这种形状相比采用传统通风槽钢也能适量的增大散热面积。

实施例四

如图4所示，其为本发明实施例四的通风槽钢的结构示意图。本实施例的通风槽钢与之前实施例的通风槽钢的主要区别在于：本实施例的每两段相邻的通风槽钢段11不是一体地相接的，而是相互拼接的。这种结构适于大批量生产，可节约生产成本。具体地，可以将多段通风槽钢段11大批量制造出来，然后将它们按要求拼接成通风槽钢。在拼接时，相邻的两段通风槽钢段11的端部之间可以如图所示留有间隙，也可以相互抵接在一起。

实施例五

如图5所示，其为本发明实施例五的通风槽钢的结构示意图。本实施例的通风槽钢与之前实施例的通风槽钢的区别在于：根据前面对平均宽度的定义(相邻的两段通风槽钢段11的中点的连线到该相邻的两段通风槽钢段11的相接处之间的距离的两倍为平均宽度)，本实施例的平均宽度自通风槽钢的上风端121到下风端122是依次变大的(a>c)，这样通风槽钢与其两侧绕组之间的通风沟的宽度则是自上风端121到下风端122逐渐变窄的，由于冷却风在流动过程中会吸收热量而逐渐升温，这种设计可以使得对绕组的冷却效果在径向方向上相对地更均匀，避免绕组因温升不均而带来的损害。

实施例六

如图6所示，其为本发明实施例六的通风槽钢的结构示意图。之前各实施例的通风槽钢，其平均间距(相邻的两段通风槽钢段11的中点的连线的长度的两倍)自上风端121到下风端122是不变的，本实施例的通风槽钢与之前实施例的通风槽钢的区别在于：在本实施例中，该平均间距自通风槽钢的上风端121到下风端122是依次变小的，也就是说，靠近下风端122的转折频次比靠近上风端121的转折频次更高，这样越是靠近下风端122，冷却气体的紊流程度越高，而冷却气体自上风端121向下风端122流动时，其温度是逐渐升高的，因此这种设计也可以实现对通风槽钢、铁心和绕组的冷却效果在径向方向上相对地更均匀，避免通风槽钢、铁心和绕组因温升不均而带来的损害。

前面对本发明各实施例的通风槽钢进行了说明，根据前面的说明可知，本发明提供的通风槽钢，其结构具有较大的灵活性，例如，通风槽钢段的段数可以根据电机的尺寸及散热要求确定；通风槽钢的多转折(弯折)结构可以为连续一体的结构，也可做成分段形式，由多个通风槽钢段拼接而成；通风槽钢可采用波浪形；通风槽钢的折弯间距可以为均匀的，也可为不均匀的；通风槽钢两端的平均宽度可为相同，可为不相同，并可以根据绕组的重点散热部位是槽口还是槽底而进行调整。而且本发明提供的通风槽钢，其结构本身易于实现，这样的话就可以在此基础上很容易地对通风槽钢的设计进行调整，使其满足各种实际的冷却散热要求。

基于本发明提供的通风槽钢具有多个转折结构的特点，本发明提供的通风槽钢也可以被称为“多转折通风槽钢”，不过，值得一提的是，这里的“通风槽钢”是电机冷却技术领域约定俗成的叫法，它不同于其他领域中的截面呈槽型的“槽钢”钢材，而且其材料本身也并不限于“钢”，除了可以是金属以外，其材料还可以是具有较高导热系数的非金属。下面将对本发明实施例的通风结构进行说明。

实施例七

如图7和图8所示，其中图7为本发明实施例七的通风结构的立体示意图，其示出了从通风结构的外部进行观察时的状态，图8为本发明实施例七的通风结构的剖视示意图，其示出了从通风结构的内部进行观察时的状态，本发明实施例的通风结构，其包括至少两个(例如图中所示为三个)铁心段2，在铁心段2上设有多个(例如图中所示为五个)齿部21，同一铁心段2上的相邻的齿部21之间构成用于容纳绕组3的槽(图中槽未标出，已被绕组3填充)，在相邻铁心段2的对应的齿部21之间设有任一上述实施例的通风槽钢1。

本实施例的通风结构在工作时，冷却气体在通风沟内沿图8中虚线箭头所示的方向流动，在流动过程中，冷却气体会被各段通风槽钢段11导引，并与通风槽钢两侧的绕组3产生碰撞并折返，从而形成紊流气流，该紊流气流能够与通风槽钢1两侧的绕组3和齿部21进行有效的对流换热，从而显著地提高冷却气体的冷却效果，同时，通风槽钢1的多转折结构也可以加大通风槽钢1的散热面积，强化通风槽钢1本身的散热，另外，这种多转折结构也可以起到加强支撑强度、减少用料的目的。

发明人在此结构的基础上，采用流场计算软件进行了仿真对比，并通过实验平台验证，结果表明，上述不同实施例的通风槽钢相比传统通风槽钢，可有效地降低3～6K的电机绕组温升，这将大幅提高电机的安全余量，延长其使用寿命并减少其维护成本。而如果保持电机温升不变，则可以配合电机的优化设计实现功率密度增加、减重和成本的降低，例如，如按照电机绝缘B级设计，保持温升90K不变，配备上述通风槽钢能直接节约用铜5％。

在本实施例中，相邻的齿部21之间还连接有槽楔4用以锁紧槽内的绕组3，防止其产生径向位移。具体地，本实施例的铁心段2可以是定子铁心的铁心段(“铁心”或称为“铁芯”)，也可以是转子铁心的铁心段。而对于有些电机的通风结构，其在相邻的铁心段2之间还设有通风槽板，这种情况下，可以借助专用工装采用点焊等焊接工艺将上述实施例的通风槽钢焊接在通风槽板上。

本实施例提供的通风结构可以应用到现有的采用风冷形式的发电机、电动机等电机中，例如可以应用到大型风力发电机、中小型发电机和中小型电动机中，其中的通风槽钢除了能够显著地提升冷却散热效果以外，还易于工艺实现，因此具备广泛的应用前景。下面对本发明实施例的通风槽钢的制造方法进行说明，在阅读本发明实施例的通风槽钢的制造方法时，可以同时参见之前的附图。

实施例八

如图9所示，其为本发明实施例八的通风槽钢的制造方法的流程图。本实施例的制造方法，其包括：

步骤101：将坯料放入冲压模具的模腔内；

步骤102：对坯料进行冲压，使得坯料形成依次相接的至少四段通风槽钢段11，其中每两段相邻的通风槽钢段11之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段11中，位于两边的通风槽钢段11分布在位于中间的通风槽钢段11的两侧。

本实施例的通风槽钢的制造方法中的冲压易于实现，可一次成型，制造过程简单，可用于制造上述实施例一、二、三、五、六中的任意一种通风槽钢，其得到的通风槽钢是整体一体的结构。

具体地，步骤101中，冲压模具的模腔的形状可以与上述实施例中的通风槽钢的外形相吻合。在步骤102中，可以使用冲压机对坯料进行冲压。

实施例九

如图10所示，其为本发明实施例九的通风槽钢的制造方法的流程图。本实施例的制造方法，其包括：

步骤201：切割下料，得到长条形坯料；

步骤202：对长条形坯料进行分段切割，得到通风槽钢段11；

步骤203：依次拼接至少四段通风槽钢段11，使得其中每两段相邻的通风槽钢段11之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段11中，位于两边的通风槽钢段11分布在位于中间的通风槽钢段11的两侧。

本实施例的通风槽钢的制造方法中的切割及拼接过程均易于实现，制造过程简单，可用于制造上述实施例四的通风槽钢，易于实现大批量生产，可大幅降低生产成本。

具体地，在步骤201中，可以使用切割机切割下料，下料具体可以为钢板。通过选择相应厚度的钢板，可以满足通风槽钢的厚度要求。在步骤202中，可以使用切割机对长条形坯料进行分段切割。

实施例十

如图11所示，其为本发明实施例十的通风槽钢的制造方法的流程图。本实施例的制造方法，其包括：

步骤301：切割下料，得到长条形坯料；

步骤302：对长条形坯料进行折弯，使得长条形坯料形成至少四段通风槽钢段11，其中每两段相邻的通风槽钢段11之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段11中，位于两边的通风槽钢段11分布在位于中间的通风槽钢段11的两侧。

本实施例的通风槽钢的制造方法中的切割及折弯过程均易于实现，制造过程简单，可用于制造上述实施例一、二、三、五、六中的任意一种通风槽钢。

具体地，在步骤301中，可以使用切割机切割下料，下料具体可以为钢板。通过选择相应厚度的钢板，可以满足通风槽钢的厚度要求。在步骤302中，可以使用折弯机对长条形坯料进行折弯。

综上所述，本发明实施例提供的优选技术方案至少具备以下特点：

1、本发明将通风槽钢设计为多转折结构，有效打破了槽钢与冷却空气之间的边界层，增大了紊流效果，使冷却风与槽钢及两侧的绕组充分接触，极大强化了散热效果，增强了冷却气体的冷却能力，弥补了通风槽钢形式单一的空白。同时，多转折结构也使通风槽钢边界加大，增加了散热面积。根据有限元仿真及实测结果表明，不同形式的槽钢可有效降低电机绕组温度3-6K。另外，多转折结构也起到了在减少用料的情况下增加支撑强度的效果。

2、通过将多段通风槽钢段拼接成通风槽钢，可以实现大批量生产，大幅节约生产成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种通风槽钢，其特征在于，包括依次相接的至少四段通风槽钢段，其中每两段相邻的通风槽钢段之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段中，位于两边的通风槽钢段分布在位于中间的通风槽钢段的两侧；

相邻的两段通风槽钢段的中点的连线到所述相邻的两段通风槽钢段的相接处之间的距离的两倍为平均宽度，所述平均宽度自所述通风槽钢的上风端到下风端依次变大；或者

相邻的两段通风槽钢段的中点的连线的长度的两倍为平均间距，所述平均间距自所述通风槽钢的上风端到下风端依次变小，靠近下风端的转折频次比靠近上风端的转折频次更高。

2.根据权利要求1所述的通风槽钢，其特征在于，每两段相邻的通风槽钢段相接为一体。

3.根据权利要求2所述的通风槽钢，其特征在于，在每两段相邻的通风槽钢段的相接处设有倒角，所述倒角位于所述相接处的小于180°的夹角侧。

4.根据权利要求2所述的通风槽钢，其特征在于，所述通风槽钢呈波浪形。

5.根据权利要求1所述的通风槽钢，其特征在于，每两段相邻的通风槽钢段相互拼接。

6.一种通风结构，其特征在于，包括至少两个铁心段，在所述铁心段上设有多个齿部，同一铁心段上的相邻的齿部之间构成用于容纳绕组的槽，在相邻铁心段的对应的齿部之间设有权利要求1至5中任一权利要求所述的通风槽钢。

7.一种电机，其特征在于，包括权利要求6所述的通风结构。

8.一种制造权利要求1至4中任一权利要求所述通风槽钢的方法，其特征在于，包括：

将坯料放入冲压模具的模腔内；

对所述坯料进行冲压，使得所述坯料形成依次相接的至少四段通风槽钢段，其中每两段相邻的通风槽钢段之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段中，位于两边的通风槽钢段分布在位于中间的通风槽钢段的两侧。

9.一种制造权利要求5所述通风槽钢的方法，其特征在于，包括：

切割下料，得到长条形坯料；

对所述长条形坯料进行分段切割，得到通风槽钢段；

依次拼接至少四段通风槽钢段，使得其中每两段相邻的通风槽钢段之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段中，位于两边的通风槽钢段分布在位于中间的通风槽钢段的两侧。

10.一种制造权利要求1至4中任一权利要求所述通风槽钢的方法，其特征在于，包括：

切割下料，得到长条形坯料；

对所述长条形坯料进行折弯，使得所述长条形坯料形成至少四段通风槽钢段，其中每两段相邻的通风槽钢段之间的夹角小于180°，并且在每三段依次相接的通风槽钢段中，位于两边的通风槽钢段分布在位于中间的通风槽钢段的两侧。